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UPS (gruppo di continuità)

Cosa sono gli UPS

In generale si definisce gruppo di continuità quell’insieme di strumenti che riescono a fornire energia elettrica, in maniera costante e uniforme nel tempo, a corrente alternata apparecchi elettrici come elettrodomestici o personal computer. L’origine del termine deriva dall’inglese Uninterruptible Power Supply o UPS e trae origine dal fatto che molte apparecchiature elettriche non possono rimanere senza corrente per nessun motivo o quasi.
Interessante sviluppo di questi gruppi avvieni nei paesi ove sono frequenti black out elettrici. Questo problema si rivela di vitale importanza per la protezione dei dati contenuti in tutti i personal computer, sia privati che soprattutto nell’azienda. Infatti l’assenza temporanea di corrente, per esempio a causa di un temporale, espone i sistemi informatici a possibile perdita di dati non salvati e quindi a ore di lavoro perse. Tale problema si può verificare anche nel caso di cali di tensione elettrica nella rete che noi non possiamo percepire ma il nostro computer sì, e tali cali possono provocare anche danno all’hardware della macchina stessa, alla cpu, all’alimentatore e ai banchi di memoria. Tutta la fatica che si fa nello spegnere correttamente il pc è vana se appena viene meno la corrente elettrica questo si arresta bruscamente.
Molte statistiche a riguardo offrono dati a dir poco allarmanti sulle perdite di dati per disturbi alla rete elettrica, che in media si verificano, senza che noi ce ne potessimo accorgere, anche 120 volte al mese. Nonostante questi prodotti non siano ancora entrati a far parte dell’ottica comune, un loro utilizzo è indispensabile per possedere un sistema stabile, sicuro e protetto da disturbi provenienti dalla rete elettrica.

Caratteristiche

La caratteristica principale nella scelta di un gruppo di continuità è sicuramente la potenza necessaria all’alimentazione dell’apparecchio. Ogni UPS può infatti erogare potenze limitate e finite. Questa caratteristica, indicata generalmente con le unità di misura di Watt (o suoi multipli) o Voltampere (VA). Ultimamente si utilizzano unità di misura come il VAI ossia Voltampere informatico che corregge la potenza in una maggiore di quella reale, per far apparire più potente il gruppo di continuità. Una buona stima di questa unità di misura mostra che la potenza in Vai letta sulla targhetta sia circa il doppio di quella reale in VA. Esistono UPS di varie potenze, associate alle esigenze più differenti; per esempio per un personal computer basteranno gruppi di continuità di 300-400 Watt, ben superiori saranno quelli per alimentare apparecchi industriali (anche 10 Megawatt).
La tensione è data dalle batterie di alimentazione, generalmente a 12 Volt per piccoli UPS, o multipli di 12 al crescere della potenza necessaria. Gruppi UPS per computer contengono anche efficienti software di gestione che permettono di salvare i dati in corso e chiudere le applicazioni aperte negli istanti successivi al black-out. Nella scelta del gruppo di continuità caratteristica fondamentale dopo potenza e tipologia è l’autonomia della carica una volta staccata la rete di alimentazione. Il suo valore è comunque sempre indicativo perché può dipendere dalle applicazioni e dai dati da salvare.

Come è fatto

I gruppi di continuità sono tipicamente costituiti da tre elementi principali.

  • Dapprima vi è il convertitore AC, che converte ossia la corrente alternata in continua grazie a un raddrizzatore e a un filtro apposito.
  • Secondo elemento principale è la batteria di tipo chimico, o più di un, che immagazzinano l’energia passata attraverso il primo convertitore.
  • Infine vi è il convertitore CA, ossia che converte la tensione continua della batteria in alternata per l’utenza.

Le batterie di alimentazione più comunemente utilizzate sono quelle al piombo a ciclo profondo e devono essere installate in numero adatto a fornire la potenza richiesta dall’utenza elettrica. Non solo bisogna controllare la potenza da esse fornite ma anche i tempi di ricarica devono essere abbastanza lunghi da permettere una ricarica completa. E’ bene poi ricordare che per avere una maggior autonomia le batterie dovranno essere disposte in parallelo secondo nozioni di elettrotecnica.
I primi due elementi sono pressoché fissi mentre si può giocare sulla semplicità o meno del convertitore CA. UPS semplici sono formati quindi oltre che dal primo convertitore e da una o più batterie, da un inverter a onda quadra e da un transistor che ne amplifica il segnale fino al trasformatore. Gruppi di continuità più complessi permettono di ottenere un’efficienza superiore utilizzando inverter IGBT, o a onde sinusoidali. Questi ultimi devono però essere accompagnati da condensatori e induttori per “ammorbidire” il flusso di corrente verso i transistor.
Recentissimi gruppi di continuità detti PWM (Pulse Width Modulation) modulano la larghezza dell’impulso dell’onda con un’onda portante a elevata frequenza in modo da approssimare maggiormente il segnale a una sinusoidale, addirittura più pulita di quella in ingresso.

Tipologie

Principale classificazione tra i gruppi di continuità è quella tra i cosiddetti “on-line” e “off-line”. I primi nel caso di mancanza di corrente elettrica dalla rete, per esempio sempre per un black-out, la prelevano da alcuni accumulatori precedentemente prevaricati, e forniscono cosi la corrente e la tensione in uscita in modo continuato e insensibile al carico. La potenza che questi UPS possono generare è dell’ordine dei 2-3 Kilowatt, quindi non trascurabile. Si può facilmente evincere l’importanza di questa categoria alla quale corrisponde un elevato prezzo.
Gli UPS off-line invece iniziano a lavorare solo qualche secondo dopo l’assenza di corrente dalla rete. Si viene quindi a formare un istante di pausa, pur sempre della durata della frazione di secondo nel quale l’apparecchio non viene alimentato. Per questa loro carenza sono abbastanza economici e dalle dimensioni contenute e addirittura facili da costruire. E’ il caso di gruppi di continuità per personal computer (per reti o server vengono utilizzati quelli on-line). Gli UPS doppia conversione invece convertono la tensione in entrata senza nessuna interruzione e in maniera continua, isolandosi completamente dalla rete di alimentazione e fornendo da sé l’energia per il loro funzionamento. Questi si attivano sia in casi di black out che in casi di variazione di tensione al di fuori delle proprie tolleranze. Sono solitamente dotati di by-pass elettronico.


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