Ups funcionamento lard 8 k6kbb-r2_pt

APC by Schneider Electric 01/2012 edition p. 1
Revisão teórica
Índice
Cargas de alimentação sensíveis .....................................2
Tipos de perturbações eléctricas..........................................................2
Principais perturbações na energia eléctrica de baixa tensão..............3
UPS...................................................................................4
A solução UPS .....................................................................................4
Aplicações UPS....................................................................................5
Tipos de UPS....................................................................7
UPS estáticas ou rotativas ...................................................................7
Tipos de UPS estáticas ........................................................................9
Componentes de UPS e funcionamento...........................16
Componentes de uma UPS..................................................................16
Principais características dos componentes de UPS ...........................19
Diagrama de resumo das características principais.............................24
Modos de funcionamento da UPS........................................................25
Configurações da UPS.........................................................................26
Tecnologia ........................................................................28
UPS sem transformador.......................................................................28
Compatibilidade electromagnética (CEM).........................34
Perturbações electromagnéticas..........................................................34
Normas de CEM e recomendações ....................................................35
Normas relativas a UPS....................................................36
Âmbito e cumprimento das normas......................................................36
Normas principais relativas a UPS.......................................................36
Armazenamento de energia..............................................39
Tecnologias possíveis ..........................................................................39
Baterias ................................................................................................39
Volantes ...............................................................................................43
Combinação de UPS/gerador ...........................................46
Utilização de um gerador .....................................................................46
Combinação de UPS/gerador...............................................................46
Condições transitórias da carga........................................48
Revisão de correntes de irrupção.........................................................48
Harmónicas.......................................................................49
Harmónicas ..........................................................................................49
Valores característicos de harmónicas.................................................51
Cargas não lineares e tecnologia PWM (gerador de impulsos
modulados) .......................................................................54
Desempenho de carga não linear de UPS com tecnologia PWM ........54
Comparação de fontes diferentes ........................................................57
Corte de frequência livre ......................................................................58
Rectificador de PFC..........................................................60

Alimentação de cargas sensíveis
Os sistemas de distribuição de energia, tanto públicos como privados, em teoria
fornecem aos equipamentos eléctricos uma tensão sinusoidal de amplitude e
frequência fixas (por exemplo, 400 volts rms, 50 Hz, em sistemas de baixa tensão.
No entanto, em condições reais, as redes de distribuição de energia eléctrica
públicas indicam que o nível de flutuação se situa entre os valores nominais. A
norma EN 50160 define as flutuações normais na tensão de alimentação de baixa
tensão nos sistemas de distribuição europeus da seguinte forma:
• Tensão +10% a -15% (rms (valor eficaz) médio a intervalos de 10 minutos),
da qual 95% têm de estar no intervalo +10% por semana.
• Frequência +4 a 6% ao longo de um ano com ±1% para 99,5% do tempo (ligações
síncronas num sistema interligado).
Na prática, contudo, além das flutuações indicadas, a tensão sinusoidal é sempre
distorcida até certo nível pelas várias perturbações que ocorrem no sistema.
 Consulte a Nota de Aplicação NA 18 “Os Sete Tipos de Problemas de Potência”
Origens das perturbações
Energia da rede de distribuição de energia eléctrica pública
A energia da rede de distribuição de energia eléctrica pública pode sofrer
perturbações, ou até cortes, devido aos fenómenos seguintes:
• Fenómenos atmosféricos que afectem as linhas aéreas ou os cabos subterrâneos
- raios que podem provocar uma sobretensão súbita no sistema,
- o gelo que se pode acumular nas linhas aéreas e fazer com que estas sejam
cortadas,
• Acidentes:
- um ramo cair sobre uma linha, o que pode provocar um curto-circuito ou o corte de
uma linha,
- o corte de um cabo, por exemplo durante a escavação de valas ou outros trabalhos
de construção,
- uma falha na rede de distribuição de energia eléctrica pública
• Desequilíbrio entre fases
• A ligação de dispositivos de protecção ou de controlo ao sistema público de
distribuição de energia eléctrica, para fins de rejeição de carga ou de manutenção.
Equipamento do utilizador
Alguns equipamentos podem provocar perturbações no sistema de distribuição de
energia eléctrica público, por exemplo:
• Equipamento industrial:
- motores, que podem provocar quedas de tensão devido a correntes de irrupção no
arranque,
- equipamento como fornos de arco e máquinas de soldagem, que podem provocar
quedas de tensão e interferências de frequência muito alta,
• Equipamento electrónico de potência (fontes de alimentação com modo de
comutação, unidades de velocidade variável, balastros electrónicos, etc.), que
provocam frequentemente harmónicas,
• Instalações de edifícios, como elevadores, que provocam correntes de irrupção ou
lâmpadas fluorescentes que provocam harmónicas.
Tipos de perturbações
As perturbações devidas às causas acima são resumidas na tabela seguinte, de
acordo com as definições contidas nas normas EN 50160 e ANSI 1100-1992.
Consulte
WP 18 
Tipos de perturbações
eléctricas

Alimentação de cargas sensíveis (Cont.)
Perturbações Características Causas principal Consequências principais
Falhas de energia
Micro-falhas Ausência total de tensão ≤ 10 min Condições atmosféricas,
comutação, falhas, intervenções
na rede.
Funcionamento com falhas e
perda de dados (sistemas
informáticos) ou produção
interrompida (processos
contínuos).
Falhas Ausência total de tensão por mais
do que um período.
- breve falha de energia: ≤ 3
minutos
(70% das falhas duram menos de
1 s)
- falha prolongada: > 3 minutos
Condições atmosféricas,
comutação, falhas, acidentes,
cortes de linhas, intervenções na
rede de distribuição.
Dependendo da duração,
inoperatividade das máquinas e
riscos para as pessoas (por
exemplo, elevadores), perda de
dados (sistemas informáticos) ou
produção interrompida (processos
contínuos).
Variações de tensão
Quebras de tensão Redução no valor da tensão rms
para menos de 90% do valor
nominal (mas superior a 0%), com
regresso a um valor superior a
90% num intervalo de 10 min a 1
minuto.
Fenómenos atmosféricos,
flutuações de carga, curto-circuito
num circuito vizinho.
Inoperatividade de máquinas,
anomalias, danos no equipamento
e perda de dados.
Sobretensão Aumento temporário para mais do
que 10% da tensão nominal, por
um período de 10 min a alguns
segundos.
- Qualidade dos geradores
utilitários e dos sistemas de
transmissão.
- Interacção entre geradores e
flutuações de carga no sistema de
potência utilitário.
- Ligar o sistema de potência utilitário.
- Interrupção de cargas de alta
potência (por exemplo, motores,
baterias de condensadores).
- Para sistemas informáticos:
Corrupção dos dados, erros de
processamento, encerramento do
sistema, tensão sobre
componentes.
- Aumento de temperatura e
envelhecimento prematuro do
equipamento.
Subtensão Queda de tensão com a duração
de alguns minutos a dias.
Pico de consumo, quando o
utilitário não consegue satisfazer a
necessidade e tem de reduzir a
sua tensão para limitar a potência.
Encerramento de sistemas
informáticos.
Corrupção ou perda de dados.
Aumento da temperatura.
Envelhecimento prematuro do
equipamento.
Picos de tensão Salto súbito e de grandes
dimensões na tensão (por
exemplo, 6 kV).
Queda de raios nas proximidades,
descargas estáticas.
Erros de processamento,
corrupção de dados,
encerramento do sistema.
Danos em computadores, placas
electrónicas.
Desequilíbrio de tensão
(em sistemas trifásicos)
Situação em que o valor de rms
das tensões de fase ou os
desequilíbrios entre fases são
desiguais.
- Fornos de indução
- Cargas monofásicas
desequilibradas.
- Aumento da temperatura.
- Desactivação de uma fase.
Variações de frequência
Flutuações de frequência Instabilidade de frequência.
Normalmente +5%, - 6% (media
para intervalos de tempo de dez
segundos).
- Regulação de geradores.
- Funcionamento irregular de
geradores.
- Fonte (gerador) de frequência
instável.
Estas variações ultrapassam as
tolerâncias de determinados
instrumentos e hardware de
computador (frequentemente ±
1%) e, por isso podem provocar a
perda ou corrupção de dados
Oscilações As oscilações nos sistemas de
iluminação devido a queda de
tensão e frequência.
(< 35 Hz).
Máquinas de soldagem, motores,
fornos de arco, máquinas de raios-
X, laser, baterias de
condensadores.
Perturbações fisiológicas.
Outras perturbações
Transitórias de AF Salto de tensão súbito, de grandes
dimensões e muito curto.
Semelhante a um pico de tensão.
Fenómenos atmosféricos (raios) e
comutação.
Destruição de equipamento,
envelhecimento acelerado, avaria
de componentes ou isoladores.
Curta duração < 1 µs
Amplitude < 1 a 2 kV em
frequências de várias dezenas de
MHz.
Abertura e fecho repetidos de
relés e contactores.
Média duração > 1 µs e ≤ 100 µs
Valor de pico 8 a 10 veze superior
ao do valor nominal até vários MHz.
As falhas (raios) ou a comutação de
alta tensão são transmitidas ao
sistema de baixa tensão por
acoplamento electromagnético.
Longa duração > 100 µs
Valor de pico 5 a 6 vezes superior
ao do valor nominal até várias
centenas de MHz.
Interrupção de cargas indutivas ou
de falhas de alta tensão
transmitidas ao sistema de baixa
tensão por acoplamento

Alimentação de cargas sensíveis (Cont.)
electromagnético.
Distorção harmónica Distorção da corrente e da tensão
sinusoidais devido às correntes
harmónicas absorvidas pelas
cargas não lineares. O efeito das
harmónicas acima da 25ª ordem é
negligenciável.
As máquinas eléctricas com
núcleos magnéticos (motores,
transformadores de descarga,
etc.), fontes de alimentação com
modo de comutação, fornos de
arco, unidades de velocidade
variável.
Sobredimensionamento do
equipamento, aumento da
temperatura, fenómenos de
ressonância com condensadores,
destruição de equipamento
(transformadores).
Compatibilidade electromagnética
(CEM)
Perturbações de condução ou
radiação electromagnética ou
electroestática.
O objectivo é assegurar níveis
reduzidos de emissões e uma alta
imunidade.
A comutação de componentes
electrónicos (transístores,
tirístores, díodos, descargas
electroestáticas.
Avarias de dispositivos
electrónicos sensíveis.

UPS
As actividades económicas modernas dependem cada vez mais das tecnologias
digitais, que são muito sensíveis a perturbações eléctricas.
Como resultado, inúmeras aplicações necessitam de uma fonte de alimentação de
reserva para se protegerem do risco das perturbações na rede de distribuição de
energia eléctrica pública:
• Os processos industriais e os respectivos sistemas de controlo/monitorização –
riscos de perdas de produção,
• Aeroportos e hospitais – riscos para a segurança das pessoas,
• Tecnologias de informação e comunicação relacionadas com a Internet – riscos
de paragens nos processamentos, com custos extremamente elevados por cada
hora de indisponibilidade, devido à interrupção na troca de dados vitais, necessária
para as empresas globais.
UPS
Uma UPS (sistema de alimentação ininterrupta) é utilizada para fornecer uma
alimentação segura a aplicações sensíveis.
Uma UPS é um dispositivo eléctrico instalado entre o utilitário e as cargas sensíveis
que fornece tensão oferecendo:
• Alta qualidade: a sinusoidal de saída está livre de todas e quaisquer perturbações
da rede de distribuição de energia eléctrica pública e dentro das tolerâncias estritas
de amplitude e frequência,
• Disponibilidade elevada: o fornecimento contínuo de tensão, dentro das
tolerâncias especificadas, é assegurado for uma fonte de alimentação de reserva. A
alimentação de reserva é geralmente uma bateria que, se necessário, intervém sem
interrupções de alimentação, para substituir a energia eléctrica distribuída pela rede
pública e fornecer o tempo de reserva de que a aplicação necessita.
Estas características fazem das UPS a fonte de alimentação ideal para todas as
aplicações sensíveis, uma vez que asseguram a qualidade e a disponibilidade da
alimentação, independentemente do estado da rede de distribuição de energia
eléctrica pública.
Componentes de uma UPS
Uma UPS inclui normalmente os componentes principais listados a seguir.
Rectificador/carregador
Absorve a energia da rede de distribuição de energia eléctrica pública e produz uma
corrente CC para alimentar o inversor e carregar ou recarregar a bateria.
Inversor
Regenera completamente uma sinusoidal de saída de tensão de alta qualidade:
• Livre de todas as perturbações da rede de distribuição de energia eléctrica
pública, nomeadamente das micro-interrupções de energia,
• Dentro das tolerâncias compatíveis com os requisitos dos dispositivos electrónicos
sensíveis (por exemplo, tolerâncias de amplitude ± 0,5% e frequência ± 1%,
comparadas com ± 10% e ± 5% nos sistemas de distribuição de energia eléctrica
públicos, que correspondem a factores de melhoria de 20 e 5, respectivamente.
Nota. O termo inversor é utilizado algumas vezes para designar uma UPS, quando,
na realidade, se trata de uma peça da UPS.
Bateria
A bateria fornece tempo de reserva de funcionamento suficiente (de 6 minutos a
várias horas), intervindo para substituir a energia da rede de distribuição de energia
eléctrica pública.
Bypass estático
O bypass estático assegura uma transferência sem interrupções da carga do
inversor para a rede de distribuição de energia eléctrica pública directa e vice-versa.
A transferência sem interrupções é realizada por um dispositivo que implementa
SCR (por vezes denominados de comutadores estáticos).
O bypass estático torna possível continuar a fornecer a carga, mesmo que ocorra
um erro interno ou durante a manutenção dos módulos rectificadores/carregadores e
inversores. Também pode servir para transferências para solicitar a potência total
disponível a montante, em caso de sobrecargas (por exemplo, curto-circuitos) que
ultrapassem a capacidade da UPS.
The UPS solution

UPS
Durante o funcionamento com base no bypass estático, a carga é fornecida
directamente pela rede de distribuição de energia eléctrica pública e deixa de estar
protegida (funcionamento em modo reduzido).
Bypass de manutenção
Este bypass pode ser utilizado para fornecer a carga directamente com a energia da
rede pública, sem recorrer ao inversor ou ao comutador estático. A transferência
para o bypass de manutenção é iniciada pelo utilizador através de comutadores.
Accionar os comutadores necessários é a forma de isolar o bypass estático e o
inversor para manutenção, ao mesmo tempo que se continua a fornecer a carga em
modo reduzido.

UPS (Cont.)
HV/LV
transformer
HV system
Non-sensitive loads
Normal utility power
(disturbances and
system tolerances)
Static
bypass
Maintenance
bypass
Inverter
Battery
Rectifier/
charger
Sensitive loads
UPS
Reliable power
(no disturbances, within
strict tolerances
and available due to
battery backup power)
Fig. 5.1. A solução UPS.
As UPS são utilizadas para uma ampla gama de aplicações que necessitam de
corrente eléctrica que está disponível em permanência e que não é afectada pelas
perturbações da rede de distribuição de energia eléctrica pública. A tabela abaixo
apresenta várias aplicações.
Para cada uma delas, indica a sensibilidade da aplicação a perturbações e o tipo de
UPS adequado para protecção.
As aplicações que necessitam deste tipo de instalação são:
• Sistemas informáticos,
• Telecomunicações,
• Indústria e instrumentos,
• Outras aplicações.
As tipologias de UPS necessárias são apresentadas na página 9, “Tipos de UPS
estáticas”.
Entre estas incluem-se as UPS estáticas que implementam as tipologias seguintes:
• Estado em espera passivo,
• Interacção com o sistema de distribuição,
• Conversão dupla.
Aplicações UPS

UPS (Cont.)
Aplicações UPS
Aplicação Dispositivos protegidos Necessária protecção contra Tipo de UPS
(consulte p. 8)Micro-
interrupçõ
es
Interrupçõ
es
Variações
de tensão
Variações
de
frequência
Outra
Sistemas informáticos
Centros de dados - Compartimento de grandes dimensões
para servidores montados em
bastidores
- Centros de dados da Internet
***** ***** ***** ***** ***** Conversão dupla
Redes empresariais - Conjuntos de computadores com
terminais e dispositivos periféricos
(unidades de armazenamento de banda,
unidades de disco, etc.)
***** ***** ***** ***** ***** Conversão dupla
Pequenas redes ou
servidores
- Redes compostas por PC ou estações
de trabalho, redes de servidores (WAN,
LAN)
**** **** *** *** ** Interacção com o
sistema de
distribuição
Computadores
autónomos
- PC, estações de trabalho
- Dispositivos periféricos: Impressoras,
plotters, correio de voz
** ** * * ** Em espera passiva
Telecomunicações
Telecomunicações - PPCA digitais ***** ***** ***** ***** ***** Conversão dupla
Indústria e instrumentos
Processos industriais - Controlo de processo
- PLC
- Sistemas de controlo numérico
- Sistemas de controlo
- Sistemas de controlo
robotizado/monitorização
- Máquinas automáticas
*** ***** *** *** **** Conversão dupla
Medicina e laboratórios - Instrumentação
- Scanners (60 Hz)
**** ***** **** **** *** Conversão dupla
Equipamento industrial - Máquinas-ferramentas
- Robôs de soldagem
- Prensas de injecção do plástico
- Dispositivos de regulação precisa
(sector têxtil, do papel, etc.)
- Equipamento de aquecimento para
fabrico de semi-condutores, vidro,
materiais puros
*** **** *** *** *** Conversão dupla
Sistemas de iluminação - Edifícios públicos (elevadores,
equipamento de segurança)
- Túneis
- Iluminação de pistas em aeroportos
** **** *** *** ** Conversão dupla
Interacção com o
sistema de
distribuição
Outras aplicações
Frequências especiais - Conversão de frequência
- Fontes de alimentação para aeronaves
(400 Hz)
**** **** **** ***** *** Conversão dupla
* reduzida sensibilidade a perturbações
***** elevada sensibilidade a perturbações

Tipos de UPS
Soluções de UPS estáticas ou rotativas
Existem dois tipos principais de UPS (figura 5.2 e detalhes em  Nota de Aplicação
NA 92 - "Comparação de UPS Estáticas e Rotativas") que diferem basicamente no
modo como a função de inversor da UPS é implementada.
Solução estática
Estas UPS utilizam componentes electrónicos para executar a função de inversor.
Obtém-se uma “função de inversor estático”.
Solução rotativa
Estas UPS utilizam máquinas rotativas para executar a função de inversor.
Obtém-se uma “função de inversor rotativo”.
Na realidade, estas UPS combinam um motor e um gerador com um inversor
estático extremamente simplificado.
O inversor filtra as perturbações da rede de distribuição de energia eléctrica pública
e regula apenas a frequência da sua tensão de saída (normalmente em forma de
"ondas quadradas") que alimenta um conjunto de motor/gerador regulado que, por
vezes, é combinado com um volante.
O conjunto de motor/gerador gera uma tensão de saída sinusoidal, assumindo a
frequência de saída do inversor como referência.
Fig. 5.2. UPS estáticas e rotativas
Comparação
Solução rotativa
Os argumentos frequentemente apresentados a favor desta solução são os
seguintes:
• Corrente elevada de curto-circuito do gerador na ordem dos 10 In (dez vezes a
corrente nominal), o que facilita a instalações de dispositivos de protecção,
• Capacidade de sobrecarga de 150% (da corrente nominal) num período mais
alargado (dois minutos em vez de um),
• Instalação a jusante, isolada galvanicamente da fonte de CA a montante devido
ao conjunto motor/gerador,
• Impedância interna que fornece alta tolerância às cargas não lineares
frequentemente detectadas com as fontes de alimentação com modo de comutação
utilizadas pelos sistemas informáticos.
UPS estáticas ou rotativas
Consulte WP 92


Tipos de UPS (Cont.)
Solução estática
Comparada com as vantagens das soluções rotativas
As UPS estáticas da APC by Schneider Electric oferecem as vantagens listadas
abaixo.
• Funcionamento em modo de limitação de corrente (por exemplo, até 2,33 In para
MGE Galaxy 5000) com descriminação assegurada para circuitos calculados até
In/2.
Estas características, que na prática são mais do que suficientes, previnem as
desvantagens dos sistemas rotativos:
- sobreaquecimento de cabos,
- os efeitos de uma corrente de curto-circuito excessiva e a correspondente queda
de tensão nos dispositivos sensíveis, durante o tempo que os dispositivos de
protecção demoram a eliminar a falha.
• Capacidade de sobrecarga de 150% (da corrente nominal) por um minuto.
A capacidade de sobrecarga de dois minutos não tem qualquer utilidade prática,
uma vez que a maior parte das sobrecargas é muito curta (menos de um segundo,
por exemplo, em correntes de irrupção de motores, transformadores e electrónica de
potência.
• Isolamento galvânico, quando necessário, através de um transformador de
isolamento.
• Operação de conversão dupla que isola completamente a carga da rede de
distribuição de energia eléctrica pública e regenera a tensão de saída através
de uma regulação precisa da amplitude da tensão e da frequência.
• Impedância interna muito baixa para um mais elevado desempenho com cargas
não lineares devido à utilização das tecnologias de transístor de potência.
Outras vantagens
 As soluções estáticas fornecem muitas outras vantagens, devido à tecnologia de
transístor de potência combinada com a técnica de corte de PWM.
• Concepção geral simplificada, com uma redução do número de peças e ligações,
bem como do número de possíveis causas de erro.
• Capacidade de reagir instantaneamente à amplitude e às flutuações de frequência
da energia eléctrica da rede de distribuição pública através da regulação da
comutação controlada por microprocessadores baseada em técnicas de
amostragem digital. A amplitude da tensão volta às condições reguladas (± 0.5% ou
± 1% dependendo do modelo) em menos de 10 milissegundos para alterações do
escalão da carga de até 100%. No intervalo de tempo indicado, uma alteração do
escalão da carga como esta produz uma variação da tensão da carga inferior a, por
exemplo, ± 2% para MGE Galaxy PW e Galaxy 5000.
• Uma eficiência elevada e constante, independentemente da carga em
percentagem, que é uma grande vantagem para unidades UPS redundantes com
baixas cargas em percentagem. Uma unidade UPS estática com uma carga de 50%
mantém uma eficiência elevada (94%), enquanto a eficiência de uma UPS rotativa
cai para o intervalo entre 88-90% (valor típico), o que tem um impacto directo nos
custos operacionais.
• Configurações redundantes que fornecem uma disponibilidade elevada na
estrutura de sistemas de alimentação ultra-fiáveis (por exemplo, para centros de
dados).
• Integração possível em arquitecturas redundantes com funções separadas que
facilitam a manutenção, isolando partes da instalação.
Os sistemas rotativos integram a UPS, a fonte de alimentação de reserva e o
gerador como um único componente, impossibilitando assim a separação das
funções.
• Sem pontos únicos de falha. Os sistemas rotativos que incorporam volantes
dependem da capacidade do motor para arrancar rapidamente (normalmente em
menos de 12 segundos). Isto significa que o motor tem de estar em perfeito estado e
ser alvo de uma manutenção rigorosa. Se o motor não arrancar, não existe tempo
para desligar as cargas críticas ordenadamente.
 Pense também nas seguintes vantagens que não podem ser negligenciadas.
• reduzidas dimensões e peso,
• sem desgaste das peças rotativas, o que torna a manutenção mais fácil e rápida.
Por exemplo, os sistemas rotativos requerem a verificação do alinhamento das
partes rotativas e a substituição dos rolamentos após 2 a 6 a nos é uma operação
de grandes dimensões (mecanismo de elevação, aquecimento e arrefecimento dos
rolamentos durante a substituição).

Conclusão
Dadas as vantagens apresentadas acima, as UPS estáticas são utilizadas numa
grande maioria dos casos e, em particular, para aplicações de alta potência.
 Nas páginas seguintes, entende-se que o termo fonte de alimentação ininterrupta
(UPS) significa a solução estática.

Normas
UPS
Devido a um enorme aumento do número de cargas sensíveis, o termo "UPS" inclui
agora dispositivos que vão de algumas centenas de VA para computadores de
secretária a vários MVA para centros de dados e sites de telecomunicações.
Ao mesmo tempo, foram desenvolvidas tipologias diferentes e os nomes utilizados
para os produtos disponíveis no mercado nem sempre são claros (ou chegam a ser
enganadores) para os utilizadores finais.
Foi por isso que a IEC (Comissão Electrotécnica Internacional) estabeleceu normas
que regem os tipos de UPS, bem como as técnicas utilizadas para medir os seus
níveis de desempenho, e esses critérios foram adoptados pelo CENELEC (Comité
Europeu de Normalização).
A norma IEC 62040-3 e a sua equivalente europeia EN 62040-3 definem três tipos
de normas (topologias) de UPS e os seus níveis de desempenho.
As tecnologias da UPS incluem:
● Modo em espera passivo,
● Interactividade linear,
● Conversão dupla.
Potência de entrada de CA
Estas definições dizem respeito ao funcionamento da UPS relativamente à fonte de
alimentação, incluindo o sistema de distribuição a montante da UPS.
As normas definem os termos seguintes:
• Alimentação primária: alimentação normalmente disponível em contínuo que, em
geral, é fornecida por uma companhia de distribuição de energia eléctrica, mas por
vezes é-o pelo gerador do próprio utilizador,
• Potência em espera: A potência que se destina a substituir a alimentação primária
em caso de uma falha desta última,
Na prática, uma UPS tem uma ou duas entradas:
• Entrada de CA normal (ou Principal 1), alimentada pela alimentação principal,
• Entrada de CA de Bypass (ou Principal 2), alimentada pela potência em espera
(em geral, através de um cabo separado a partir do mesmo quadro de comutação
principal de baixa voltagem (MLVS).
UPS em funcionamento no modo em espera passivo
 A UPS é instalada em paralelo com a rede de distribuição pública e serve de
reserve à mesma. A bateria é carregada por um carregador separado do inversor.
Princípio de funcionamento
• Modo normal
- O inversor funciona em modo em espera passivo.
- A carga é fornecida através da rede de distribuição de energia eléctrica pública por
intermédio de um filtro que elimina determinadas perturbações e fornece um certo
nível de regulação da tensão.
- As normas não mencionam este filtro, falando simplesmente de um "comutador
UPS". Indicam igualmente que "podem ser incorporados dispositivos adicionais para
fornecer o condicionamento da potência, por exemplo, um transformador ferro-
ressonante ou um transformador com regulação".
• Modo de reserva da bateria
- Quando a tensão de entrada de CA está fora das tolerâncias especificadas para a
UPS, ou quando ocorre uma falha da rede de distribuição de energia eléctrica
pública, o inversor e a bateria intervêm para assegurar uma fornecimento contínuo
de potência à carga após um tempo de transferência muito curto (geralmente,
inferior a 10 min). As normas não estipulam um tempo, mas indicam que "a carga [é]
transferida directamente para o inversor ou através do comutador da UPS (que pode
ser electrónico ou electromecânico)".
- A UPS continua a funcionar com base na potência da bateria até ao fim do tempo
de reserva da bateria ou até a rede de distribuição de energia eléctrica pública ser
reposta, o que provoca uma transferência da carga de novo para a entrada de CA
(modo normal).
Tipos de UPS estáticas

Fig. 5.3. UPS em funcionamento no modo em espera passivo
Vantagens
• Diagrama simples.
• Custo reduzido.
Desvantagens
• Não existe um verdadeiro isolamento da carga relativamente ao sistema de
distribuição a montante.
• Tempo de transferência. Funciona sem um comutador estático real, por isso é
necessário algum tempo para transferir a carga para o inversor. Este tempo é
aceitável para algumas aplicações individuais, mas é incompatível com o
desempenho exigido por sistemas mais sofisticados e mais sensíveis (grandes
centros de informática, centrais telefónicas, etc.).
• Sem regulação da frequência de saída, que é simplesmente a da rede de
distribuição de energia eléctrica pública.
Utilização
Esta configuração é, de facto, um compromisso entre um nível aceitável de
protecção contra perturbações e custo.
As desvantagens mencionadas significam que, na prática, este tipo de UPS só pode
ser utilizado para classificações de baixa tensão (< 2 kVA) e não pode ser
utilizado como conversor de frequência.
UPS em funcionamento no modo de interactividade linear
 O inversor está ligado em paralelo com a entrada de CA numa configuração
em espera, e carrega igualmente a bateria. Interage assim (exploração reversível)
com a fonte de entrada de CA.
• Modo normal
A carga é fornecida com potência condicionada através de uma ligação de porta
paralela da entrada de CA e do inversor. Enquanto a energia da rede de distribuição
de energia eléctrica pública se mantiver dentro das tolerâncias, o inversor regula as
flutuações da tensão de entrada. Caso contrário (exploração reversível), carrega a
bateria. A frequência de saída depende da frequência de entrada de CA.
- Quando a tensão de entrada de CA se encontrar fora das tolerâncias para UPS ou
ocorrer uma falha da rede de distribuição de energia eléctrica pública, o inversor e a
bateria intervêm para assegurar um fornecimento contínuo de potência à carga. O
comutador de potência (por exemplo, o comutador estático) também desliga a
entrada de CA para impedir que a potência do inversor flua para montante.

(modo normal).

• Modo bypass
Este tipo de UPS pode ser equipado com um bypass. Se uma das funções da UPS
falhar, a carga pode ser transferida para a entrada de CA do bypass através do
bypass de manutenção.
Fig. 5.4. UPS em funcionamento no modo de interactividade linear
Vantagens
• O custo pode ser inferior ao de uma UPS de conversão dupla com a classificação
de potência equivalente porque o inversor não funciona em contínuo.
Desvantagens
• Não existe um verdadeiro isolamento da carga relativamente ao sistema de
distribuição a montante, assim:
- a sensibilidade às variações da tensão da rede de distribuição de energia eléctrica
pública e as solicitações frequentes do inversor,
- influência das cargas não lineares a jusante na tensão de entrada a montante.
• Sem regulação da frequência de saída, que é simplesmente a da rede de
distribuição de energia eléctrica pública.
• Condicionamento medíocre da tensão de saída por o inversor não estar instalado
em série com a entrada de CA. A norma fala de "potência condicionada", dada a
ligação em paralelo da entrada de CA e do inversor. Contudo, o condicionamento é
limitado pela sensibilidade das flutuações da tensão a jusante e a montante e pelo
modo de exploração reversível do inversor.
• A eficiência depende de:
- o tipo de carga. Com cargas não lineares, a corrente absorvida inclui harmónicas
que alteram a fundamental. As correntes harmónicas são fornecidas pelo inversor
reversível que regula a tensão e a eficiência é bastante reduzida.
- a carga em percentagem. A potência necessária para carregar a bateria torna-se
cada vez mais significativa enquanto a carga em percentagem diminui.
• Existe um ponto único de falha devido à inexistência de um bypass estático, i.e. se
ocorrer uma avaria, a UPS é encerrada.
Utilização
Esta configuração não é adequada para a regulação de cargas sensíveis na
classificação de média a alta potência porque a regulação da potência não é
possível. Por este motivo, raramente é utilizada para além das classificações de
baixa potência.

UPS de conversão dupla
 O inversor é ligado em série entre a entrada de CA e a aplicação. A
alimentação fornecida continuamente à carga flui através do inversor.
• Modo normal
Durante o funcionamento normal, toda a alimentação fornecida à carga passa
através do rectificador/carregador e inversor que, juntos, executam uma conversão
dupla (CA-CC-CA), e daqui o nome. A tensão é regenerada e regulada em contínuo.
- Quando a tensão de entrada de CA se encontra fora das tolerâncias especificadas
para a UPS ou existe uma falha da rede de distribuição de energia eléctrica pública,
o inversor e a bateria intervêm para assegurar um fornecimento contínuo de
potência à carga.
(modo normal).
• Modo bypass
Este tipo de UPS inclui um bypass estático (por vezes denominado comutador
estático) que assegura uma transferência ininterrupta da carga do inversor para a
rede de distribuição de energia eléctrica pública directa e vice-versa.
A carga é transferida para o bypass estático, nas situações seguintes:
- falha da UPS,
- transitórios de correntes de carga (correntes de irrupção ou de falha),
- sobrecargas,
- fim do tempo de reserve da bateria.
A presença de um bypass estático assume que as frequências de entrada e de
saída são idênticas, o que significa que não pode ser utilizado como um conversor
de frequência. Se os níveis de tensão não forem idênticos, é necessário um
transformador de bypass.
A UPS é sincronizada com a entrada de CA do bypass para assegurar
transferências ininterruptas do inversor para a linha do bypass.
Nota. Está disponível uma outra linha de bypass, frequentemente denominada
bypass de manutenção, para fins de manutenção. É fechada por um comutador
manual.
Fig. 5.5. UPS de conversão dupla.

Vantagens
• Regeneração completa da potência de saída, quer esta provenha da rede de
distribuição de energia eléctrica pública ou da bateria.
• Isolamento total da carga do sistema de distribuição e respectivas perturbações.
• Intervalo de tensão de entrada bastante alargado, mas com uma regulação
precisa da tensão de saída.
• Independência das frequências de entrada e de saída, assegurando assim uma
frequência de saída dentro das tolerâncias estritas. Capacidade para funcionar
como um conversor de frequência (se planeado para esse efeito), através da
desactivação do comutador estático.
• Níveis de desempenho bastante mais elevados sob condições transitórias e em
estado estável.
• Passagem instantânea para o modo de reserva da bateria se ocorre uma falha da
rede de distribuição de energia eléctrica pública.
• Transferência ininterrupta para uma linha de bypass (modo bypass).
• Bypass manual (normalmente normalizado) para facilitar a manutenção.
Desvantagens
• Preço mais elevado, que é compensado pelas inúmeras vantagens.
Utilização
Esta configuração é a mais completa em termos de protecção da carga,
possibilidades de regulação e níveis de desempenho. Assegura nomeadamente a
independência da tensão e à frequência de saída relativamente à tensão e à
frequência de entrada.
As suas inúmeras vantagens significam que se trata praticamente da única
configuração utilizada para classificações de média e de alta potência (acima
de 10 kVA).
Conclusão
As UPS de conversão dupla representam a grande maioria dos sistemas de
média a alta potência vendidos (95% começando por poucos kVA e 98% para as
de 10 kVA e superior).
Isto deve-se aos seus inúmeros pontos fortes na satisfação das necessidades das
cargas sensíveis com estas classificações de potência e é em grande parte
resultado do inversor posicionado em série com a entrada de CA.
E o que é mais importante, têm muito poucos pontos fracos à excepção do custo
elevado, que é necessário para oferecer um nível de desempenho frequentemente
indispensável, dada a natureza crítica das cargas protegidas. Um outro ponto fraco
são perdas um pouco mais altas (algumas por cento).
Nas classificações de potência em consideração, as outras tecnologias são
marginais, apesar de um custo significativamente inferior.
Têm as desvantagens listadas abaixo.
• Sem regulação de tensão para UPS no modo em espera passivo.
• Sem regulação de frequência para UPS no modo em espera passivo e UPS no
modo de interactividade linear.
• Isolamento medíocre (frequentemente um protector contra picos) da entrada de
CA devido à configuração em paralelo do inversor.
Conclusão
 Para classificações de baixa potência (< 2 kVA), as três tecnologias
normalizadas coexistem.
É a relação custo-eficácia das funções de protecção relativamente aos requisitos
das cargas e os riscos corridos (para pessoas, produção, etc.) que determinam a
selecção de uma das três tipologias.
A UPS online de conversão delta
Esta concepção de UPS, ilustrada na Figura 5.6, é uma tecnologia mais recente,
com 10 anos, que foi introduzida para eliminar os inconvenientes da consepção
online de conversão dupla e está disponível em tamanhos que vão dos 5 kVA a 1,6

MW. Semelhante à concepção online de conversão dupla, a UPS online de
conversão delta tem sempre o inversor a fornecer a tensão de carga. No entanto, o
conversor delta adicional também fornece potência à saída do inversor. Em
condições de uma falha ou perturbações de CA, esta concepção exibe um
comportamento idêntico ao do online de conversão dupla.
DELTA
CONVERTER
BATTERY
MAIN
INVERTER
AC
DC DC
AC
STATIC BYPASS
SWITCH
DELTA
TRANSFORMER
Figura 5.6: UPS online de conversão delta
Uma forma simples de compreender a eficiência energética da topologia de
conversão delta é pensar na energia necessária para entregar um pacote do 4º
andar ao 5º andar de um edifício, como exemplificado na Figura 5.7. A tecnologia
de conversão Delta economiza energia transportando o pacote apenas na diferença
(delta) entre os pontos de início e de fim. A UPS online de conversão dupla
converte a potência para a bateria e vice-versa enquanto o conversor delta move os
componentes da potência da entrada para a saída.
X
4th
Floor
5th
Floor
DOUBLE CONVERSION DELTA CONVERSION
X
4th
Floor
5th
Floor
Figura 5.7: Analogia da conversão dupla vs. conversão delta
Na concepção online da conversão delta, o conversor delta actua com um duplo
objectivo. O primeiro é controlar as características da potência de entrada. Esta
unidade inicial activa absorve a potência de modo sinusoidal, minimizando as
harmónicas reflectidas na rede de distribuição pública. Isto assegura uma
compatibilidade optimizada entre a rede de distribuição pública e o sistema do

gerador, reduzindo o aquecimento e o desgaste do sistema no sistema de distribuição
de potência. A segunda função do conversor delta é controlar a corrente de entrada de
modo a regular o carregamento do sistema da bateria.
A UPS online de conversão delta fornece as mesmas características de saída que a
concepção online de conversão dupla. No entanto, as características de entrada são
frequentemente diferentes. As concepções online de conversão delta fornecem
entrada controlada dinamicamente, com correcção com factor de potência, sem a
utilização ineficiente de bancos de filtros associados a soluções tradicionais. O
benefício mais importante é uma redução significativa das perdas de energia. O
controlo da potência de entrada torna igualmente a UPS compatível com todos os
conjuntos de geradores e reduz a necessidade de um sobredimensionamento da
cablagem e do gerador. A tecnologia online da conversão delta é a única tecnologia
de UPS de núcleo actualmente protegida por patente e, portanto, não é provável que
esteja disponível numa gama alargada de fornecedores de UPS.
Durante as condições do estado estável o conversor delta permite que a UPS forneça
potência à carga com uma eficiência bastante maior do que a da concepção de
conversão dupla.

Componentes de UPS e funcionamento
As informações apresentadas abaixo dizem respeito a uma UPS de conversão
dupla, a tecnologia mais comummente utilizada pela APC by Schneider Electric
para classificações de potência superiores a 10 kVA.
Diagrama geral de uma UPS
Foram atribuídos números aos vários itens do diagrama abaixo que correspondem
aos sectores das páginas seguintes.
Fig. 5.6. Componentes de uma UPS
Fontes de alimentação e entradas de UPS
Na prática, uma UPS tem uma ou duas entradas:
• Entrada de CA normal (ou Principal 1), alimentada pela alimentação principal,
• Entrada de CA de Bypass (ou Principal 2), alimentada pela potência em espera
(em geral, através de um cabo separado a partir do mesmo quadro de comutação
principal de baixa voltagem (MLVS).
 Fontes de CA, consulte a p. 9
A ligação da UPS às fontes de alimentação primária e de potência em espera
(entradas da UPS alimentadas por dois circuitos separados do MLVS) é
recomendada porque a fiabilidade do sistema em geral aumenta. No entanto, se não
estiverem disponíveis dois circuitos separados do MLVS, é possível que as duas
entradas de CA (normal e de bypass) sejam alimentadas pela alimentação principal
(segundo cabo).
A gestão de transferências entre as duas linhas de entrada é organizada do modo
seguinte.
• A UPS sincroniza a tensão de saída do inversor com a da linha de bypass
enquanto esta última se situar dentro das tolerâncias. Assim, será possível, se
necessário, ao comutador estático transferir a carga para a entrada de CA de
bypass, sem uma interrupção (porque as duas tensões estão sincronizadas e em

fase) ou perturbações (porque a potência de standby está dentro das tolerâncias)
para a carga.
• Quando a potência em espera não se encontra dentro das tolerâncias, o inversor
fica dessincronizado e a transferência é desactivada. No entanto, pode ser realizado
manualmente.

(Cont.)
Rectificador/carregador (1)
Transforma a potência de CA da fonte de alimentação primária em tensão de CC e a
corrente utilizada para:
• Alimentar o inversor,
• Carregar e transferir carga flutuante para a bateria.
Inversor (2)
Utilizando a potência de CC fornecida por:
• Rectificador, durante o funcionamento normal,
• Bateria, durante o funcionamento autónomo,
o inversor regenera completamente o sinal de saída sinusoidal, dentro de uma
amplitude estrita e das tolerâncias de frequência.
Bateria (3)
Torna a UPS autónoma relativamente à rede de distribuição de energia eléctrica
pública em caso de:
• Uma falha da rede de distribuição de energia eléctrica pública,
• Características da energia da rede de distribuição de energia eléctrica pública fora
das tolerâncias especificadas para a UPS.
Os tempos de reserva da bateria vão dos 6 aos 30 minutos como norma e podem
ser prolongados a pedido. Dependendo da duração do tempo de reserva, a bateria
está instalada no mesmo armário da UPS ou num armário separado.
Bypass estático (4)
É utilizado um comutador estático para transferir a carga do inversor para o bypass
sem qualquer interrupção* no fornecimento de potência à carga (sem interrupções
porque a transferência é realizada por componentes electrónicos em detrimento dos
mecânicos). A comutação é possível quando as frequências a montante e a jusante
da UPS são idênticas.
A transferência é efectuada automaticamente por qualquer uma das razões
seguintes:
• Encerramento voluntário da UPS,
• Uma sobrecarga que exceda a capacidade limitadora do inversor (esta
transferência pode ser desactivada),
• Uma falha interna.
Também pode ser realizado manualmente.
* A transferência ininterrupta é possível quando as tensões na saída do inversor e na entrada
de CA do bypass estão sincronizadas. A UPS mantém a sincronização enquanto a potência
em espera se mantiver dentro das tolerâncias.
Bypass manual (5)
É utilizado um comutador manual para transferir a carga para o bypass para fins de
manutenção. A comutação é possível quando as frequências a montante e a jusante
da UPS são idênticas.
A passagem para o modo de bypass manual é realizada através de comutadores
manuais.
Comutadores manuais (6, 7, 8)
Estes dispositivos isolam os módulos do rectificador/carregador e do inversor e/ou a
linha de bypass para assistência ou manutenção.
Disjuntor da bateria (9)
O disjuntor da bateria protege-a de descargas excessivas, e o
rectificador/carregador e inversor protegem-na de um curto-circuito.
Transformador de isolamento a montante (10)
(equipamento opcional)
Fornece isolamento de entrada/saída à UPS quando a instalação a jusante é
alimentada através de bypass.
É particularmente útil quando as disposições de ligação à terra do sistema a jusante
são diferentes. Pode ser instalado no armário da UPS na gama MGE Galaxy PW.

(Cont.)
Transformador de correspondência da tensão (11)
Adapta a tensão para o valor pretendido.

(Cont.)
Filtros (12)
• A montante do rectificador/carregador, quando são do tipo ponte de Graetz
baseados em tirístor (o caso do MGE Galaxy PW e 9000 UPS), um filtro harmónico
(consulte “Factores principais da instalação da UPS”, na pág. 24) reduz as
harmónicas da corrente resultantes da comutação dos tirístores do rectificador. Isto
reduz a distorção da tensão nos terminais a montante resultantes do fluxo das
correntes harmónicas (o nível necessário é geralmente a <5%). E o que é mais
importante, estas UPS da APC by Schneider Electric estão equipadas com um
condutor neutro de um tamanho for a do normal instalado de origem para
ultrapassar as consequências das harmónicas de terceira ordem e dos seus
múltiplos que fluem no condutor neutro.
• Todas as outras UPS das gamas MGE Galaxy e Symmetra estão equipadas com
um rectificador do tipo PFC, que elimina a necessidade de um filtro (Factores
principais da instalação da UPS”, na pág. 24).
• A jusante, as UPS que implementam novas técnicas de corte PWM podem estar
directamente ligadas a cargas não lineares. Esta técnica possibilita que as UPS da
APC by Schneider Electric mantenham a THDU abaixo de 3%.
Comunicação incorporada (13) (14)
Além da necessidade de uma interface ser humano/máquina de fácil utilização para
uma monitorização eficaz do funcionamento da UPS, actualmente é cada vez mais
importante que as UPS possam comunicar com os seus ambientes eléctrico e
informático (sistemas de supervisão, sistemas de gestão de edifícios (BMS),
sistemas de gestão informática, etc.).
As UPS da APC by Schneider Electric são desenhadas com uma capacidade
incorporada de comunicação total e incluem:
• Uma interface ser humano/máquina (HMI) de fácil utilização com um monitor
gráfico avançado e um painel sinóptico. A interface é construída em volta de sistemas
de auto-monitorização e de auto-diagnóstico que indicam continuamente o estado dos
vários componentes da UPS; em especial das baterias.
Por exemplo, para as gamas MGE Galaxy:
- o sistema Digibat monitoriza continuamente o estado da bateria com
funcionalidades completas de gestão da bateria,
- o B2000 ou sistema de monitorização de bateria Cellwatch detecta imediatamente
e localiza as falhas da bateria e fornece uma monitorização preditiva.
Para as gamas Symmetra:
- O sistema de gestão da bateria APC (1 U) que pode ser montado em bastido,
acessível através de um browser da Web, combina a monitorização da bateria e a
realização de testes com um carregamento rápido individual para um desempenho
inexcedível da bateria.
• Uma vasta selecção de placas de comunicação compatíveis com as normas de
mercado:
-Placa de gestão de rede (Ethernet)
- Placa Modbus – Jbus (RS232 e RS485)
- Placa de relé (contactos secos) para indicações
- Placa de modem de telesserviços
Estas placas podem ser utilizadas para implementar supervisão, notificação,
encerramento controlado e funções de telesserviços.
 Interface ser-humano – máquina e Comunicação Consulte “Factores principais
na instalação da UPS” na pág. 49
Distribuição a montante e/ou a jusante e dispositivos de protecção (15)
(16)
AS UPS podem ser fornecidas com o equipamento seguinte:
• Disjuntores de BT a montante para entradas de CA (normal e bypass)
• Quadro de comutação de BT a montante com protecção de disjuntor para as
entradas de CA (normal e bypass),
• Quadro de comutação de BT a jusante com protecção de disjuntor para os
diferentes circuitos de saída.
APC by Schneider Electric pode fornecer uma selecção de UPS e de dispositivos de
protecção que são perfeitamente coordenados em termos de classificações e de
desempenho.

(Cont.)
Soluções completas
A APC by Schneider Electric pode fornecer soluções completas que incluem todos
os componentes listados acima, incluindo soluções de condicionamento do ar para
centros de dados, em conjunto com a Schneider Electric. Para os utilizadores, o
resultado é um único parceiro e uma instalação que fornece desempenho e
fiabilidade optimizados.

(Cont.)
Estas características baseiam-se nas principais especificações técnicas
apresentadas nas normas IEC 62040-3/EN 62040-3 relativas aos requisitos de
desempenho de UPS.
Alguns termos aqui utilizados diferem da linguagem comumente utilizada e algumas
das características ainda não foram assimiladas pelos fabricantes. Os novos termos
ou características utilizados pela norma são indicados entre parênteses e
precedidos por um asterisco.
Por exemplo, o título de uma secção "corrente de entrada durante a transferência de
carga flutuante para a bateria", um termo comummente utilizado, é seguido por
(*corrente de entrada nominal), o termo utilizado na norma.
Tenha em atenção que uma série de valores numéricos é indicada como exemplo.
Na sua maior parte, são retirados das características técnicas das UPS
correspondentes, indicados no capítulo 4, ou indicados simplesmente a título de
exemplo.
Potência de entrada de CA
Número de fases e disposições de ligação à terra no sistema
A fonte de alimentação de entrada de CA (alimentação primária) é trifásica + neutra.
As entradas monofásicas não são utilizadas para os níveis de potência abordados
aqui.
A disposição de ligação à terra do sistema é geralmente imposto pelas normas (IT,
TT, TNS ou TNC).
Entrada de CA normal
A entrada de CA normal é alimentada com a energia da rede de distribuição de
energia eléctrica pública para o rectificador/carregador, dentro das tolerâncias
especificadas.
• Exemplo: 400 V rms ± 15% com uma frequência de 50 ou 60 Hz ± 5%, trifásica.
Entrada de CA de bypass
A entrada de CA de bypass é alimentada com potência em espera. Na prática, trata-
se de um cabo ligado a um alimentador utilitário no MLVS diferente do que alimenta
a entrada de CA normal.
Em geral, fornece tensão com as mesmas características das da alimentação
principal.
• Exemplo: 400 V rms ± 15% a uma frequência de 50 ou 60 Hz ± 5%, e uma
corrente de curto-circuito Isc2 = 12,5 kA. A corrente de curto-circuito é uma
informação importante para os dispositivos de protecção a jusante, em caso de
funcionamento através do bypass estático ou de manutenção.
É recomendado o fornecimento de alimentação primária e de potência em standby
em separado porque aumenta a fiabilidade geral do sistema, mas não é obrigatório.
No entanto, se não estiverem disponíveis dois circuitos separados do MLVS, é
possível que as duas entradas de CA (normal e de bypass) sejam alimentadas pela
alimentação principal (segundo cabo).
Tensão flutuante
É a tensão fornecida pelo rectificador/carregador que mantém a bateria
completamente carregada.
Depende das baterias utilizadas e das recomendações do fabricante.
Corrente de entrada durante a transferência de carga flutuante (*
corrente de entrada nominal)
Em condições de funcionamento normais, é a corrente necessária para alimentar o
inversor à sua potência nominal enquanto se transfere carga flutuante para a
bateria.
 Exemplo: para uma MGE Galaxy PW de 100 kVA, com tempo de reserva da
bateria de 10 minutos, esta corrente é I flutuante de entrada = 166 A enquanto se
transfere carga flutuante para a bateria.
Corrente de entrada durante o carregamento da bateria
Principais características
dos componentes de UPS

(Cont.)
Isto corresponde à corrente necessária para alimentar o inversor à sua potência
nominal durante o carregamento da bateria. É consequentemente mais alta do que
a corrente anterior e é utilizada para dimensionar os cabos de entrada do
carregador.
 Exemplo: para a mesma UPS como a descrita acima, a corrente de entrada é I
flutuante de entrada = 182 A, i.e. mais alta do que acima porque é necessária para
carregar a bateria.

(Cont.)
Corrente de entrada máxima
É a corrente de entrada com a UPS a funcionar nas piores condições de sobrecarga
permitidas, com a bateria descarregada. É mais alta do que a corrente de entrada
acima durante o carregamento da bateria (devido à corrente de sobrecarga) mas é
limitada no tempo (tal como a sobrecarga).
 Exemplo: para uma UPS idêntica à acima descrita, a MGE Galaxy PW tem
capacidade para aceitar uma sobrecarga de 25% durante dez minutos e uma
sobrecarga de 50% durante um minuto. Nos piores cenários de carregamento da
bateria, a corrente de entrada pode alcançar:
I máx. entrada = 182 A x 1,25 = 227,5 A durante dez minutos,
I máx. entrada = 182 A x 1,5 = 273 A durante um minuto.
Acima dos limites acima referidos, a UPS inicia uma transferência ininterrupta da
carga para a linha de bypass e transfere-a automaticamente de volta quando a
sobrecarga tiver cessado ou quando tiver sido eliminada pelos dispositivos de
protecção respectivos.
Bateria (* armazenamento de energia significa)
Tipo
Uma bateria caracteriza-se pelo seu tipo (ácido de chumbo ventilado ou selado, ou
níquel/cádmio e pela forma como está instalada.
A APC by Schneider Electric propõe as baterias de ácido de chumbo seladas
montadas em armários.
Vida útil
Define-se como o período de funcionamento, em condições de utilização normais,
durante o qual a bateria fornece pelo menos 50% do tempo de reserva inicial.
 Por exemplo, a MGE Galaxy PW é fornecida de origem com as baterias de ácido
de chumbo seladas com uma vida útil de dez anos ou mais. Este tipo de bateria,
com a classificação de 30 minutos de tempo de reserva, Fornecerá contratualmente
apenas 15 minutos no final da vida útil especificada.
Pode fornecer mais, se tiver sido utilizada em condições optimizadas
(nomeadamente no que respeita à temperatura). No entanto, está contratualmente
garantido que não fornecerá menos, salvo se utilizada de modo indevido.
Modos de funcionamento
A bateria pode estar em:
• Carregamento. Absorve uma corrente de carga (Carga de I1) fornecida pelo
rectificador/carregador.
• Transferência de carga flutuante. A bateria absorve uma corrente baixa,
denominada flutuante (flutuante de I1), fornecida pelo rectificador/carregador, que
mantém a sua carga, compensando as perdas do curto-circuito.
• Descarga. A bateria alimenta o inversor até a sua tensão de encerramento ser
alcançada.
Quando esta tensão, definida pelo fabricante da bateria, é alcançada, esta é
automaticamente desligada (UPS da APC by Schneider Electric) para evitar danos
por descarga profunda.
Tensão nominal
É a tensão de saída de CC que a bateria fornece ao inversor.
 Exemplo: CC de 450 V para a gama MGE Galaxy PW.
Capacidade
A capacidade da bateria é expressa em ampere/horas.
 Exemplo: para uma MGE Galaxy PW de 100 kVA equipada com uma bateria que
forneça dez minutos de tempo de reserva e com uma vida útil de cinco anos, a
capacidade é de 85 A/h.
Número de células
Número de células de bateria única que compõem toda a cadeia de baterias.
 Exemplo: a bateria de uma MGE Galaxy PW de 100 kVA inclui, para um
determinado tipo de bateria, 33 células, fornecendo 13,6 V cada uma, para um
tempo de reserva de dez minutos.

(Cont.)
Tensão flutuante
É a tensão de CC utilizada para manter a carga da bateria, fornecida pelo
rectificador/carregador.
 Exemplo: para uma MGE Galaxy PW, a tensão flutuante é de entre 423 e 463 V
de CC.

(Cont.)
Tempo de reserva (* tempo de energia armazenada)
Trata-se do tempo, especificado no início da vida útil da bateria, durante o qual a
bateria tem capacidade para alimentar o inversor funcionando com a carga nominal
total, na ausência de uma alimentação de entrada de CA.
 Exemplo: A MGE Galaxy PW fornece, como padrão, tempos de reserve de 8, 10,
15, 20, 30 e 60 minutos.
Este tempo depende da carga em percentagem da UPS.
• Para uma UPS que funcione com a carga nominal completa (100% da carga
nominal), o fim do tempo de reserva da bateria é alcançado quando a tensão desta
cai para a tensão de encerramento especificada pelo fabricante. Isto provoca um
encerramento automático da UPS da APC by Schneider Electric.
• Para uma UPS que funcione com uma carga em percentagem inferior (por
exemplo, 75%), o tempo de reserva real pode ser mais longo. No entanto, termina
sempre quando a tensão de encerramento é alcançada.
Tempo de recarregamento (* tempo nominal de energia restaurada)
Trata-se do tempo necessário para a bateria recuperar 80% do seu tempo de
reserva (90% da sua capacidade), a partir da tensão de encerramento da bateria. O
rectificador/carregador fornece a potência.
 Exemplo: para uma UPS MGE Galaxy 5500, o tempo de recarregamento é de
oito a dez horas, dependendo da bateria e do tempo de reserve. Tenha em atenção
que a probabilidade de a bateria ser solicitada para fornecer potência duas vezes
num período de tempo tão curto é reduzida. Isto significa que o tempo de
recarregamento indicado é representativo do desempenho real.
Corrente máxima da bateria (bl (bateria local))
Durante o descarregamento, a bateria alimenta o inversor com uma corrente bl que
atinge o seu valor máximo no final do descarregamento. Este valor determina a
protecção da bateria e as dimensões do cabo.
 Exemplo: Para uma UPS MGE Galaxy 5500 de 100 kVA esta corrente é máx. bl =
257 A.
Inversor
Potência nominal (Sn)
(*potência nominal aparente de saída)
Trata-se da potência aparente máxima Sn (kVA) que o inversor pode fornecer a uma
carga linear com um factor de potência de 0,8, durante o funcionamento normal em
condições de estado estacionário.
As normas definem igualmente este parâmetro para funcionamento com base na
potência da bateria. Em teoria, significa o mesmo que se a bateria tiver as
dimensões corretas.
 Exemplo: uma MGE Galaxy 5500 com uma potência nominal (Sn) de 100 kVA.
Potência ativa de saída (Pa)
(* potência nominal ativa de saída para carga linear ou referencial não
linear)
Trata-se da potência ativa Pa (kW) correspondente à potência de saída aparente Sn
(kVA), nas condições de medição acima mencionadas. Este valor também pode ser
indicado para uma carga normalizada referencial não linear.
 Exemplo: a UPS anterior, uma MGE Galaxy 5500 com uma tensão nominal de
100 kVA fornece uma potência ativa de Pa= Sn x 0,8 = 80 kW.
Corrente nominal (In)
É a corrente que corresponde à potência nominal.
 Exemplo: mais uma vez, para uma UPS MGE Galaxy 5500 de 100 kVA e com
uma tensão de saída de 400 V, esta corrente é:
In
Sn
Un
=
3
=
100000
400 1732x ,
= 144,3 A

(Cont.)
Potência de carga aparente (Su) e carga em percentagem
Trata-se da potência aparente Sn (kVA) realmente fornecida pelo inversor à carga,
nas condições de funcionamento selecionadas.
Este valor é uma fracção da potência nominal, dependendo da carga em
percentagem.
.Su ≤ Sn. e .Tc = Carga em percentagem (%) = Su / Sn..
 Exemplo: para a UPS mencionada acima, se o inversor fornecer 3/4 da sua
potência nominal (carga de 75%), distribui uma potência aparente de 75 kVA, o que
em condições de funcionamento normalizadas (PF = 0,8) corresponde a uma
potência de carga ativa de
Pa = Su x PF = 75 x 0,8 = 60 kW.
Corrente de carga (lu)
Trata-se da corrente correspondente à potência de carga, ou seja, à carga em
percentagem em questão. Calcula-se a partir de Pu, tal como para a corrente
nominal, na qual a tensão é a tensão nominal Un (valor regulado pelo inversor).
 Exemplo: Para a UPS acima mencionada (carga de 75%)
Iu
Su
Un
=
3
=
75000
400 1732x ,
= 108,2 A
que é o mesmo que:
.Iu = In x Tc. = 144,3 x 0,75 = 108,2 A
Eficiência (η)
Trata-se do rácio da potência activa Pu (kW) fornecida pela UPS à carga ao Pin de
potência (kW) que absorve na sua entrada, seja pelo rectificador quer seja pela
bateria.
.η= Pu / Pin.
Para a maioria das UPS, a eficiência é óptimizada com uma carga nominal completa
e cai drasticamente com cargas em percentagem inferiores. Devido à sua baixa
impedância e às perdas sem carga, a eficiência das UPS MGE Galaxy é
praticamente estável para cargas que vão dos 25 aos 100%. A gama MGE Galaxy
fornece uma eficiência superior a 90%, começando numa carga de 25% e indo até
93% com carga nominal total, assim como um modo ECO que aumenta a eficiência
em 4%, ou seja até 97%.
Na prática, para as UPS MGE Galaxy, um valor de eficiência de 0,93 pode ser
utilizado para todos os calculos de potência de entrada para cargas que vão de 30 a
100%.
 Exemplo: para uma MGE Galaxy de 100 kVA com carga a 75%, uma eficiência
de 0,93 corresponde a uma potência de entrada activa da UPS de
Pin = Pu / η = 60/0,93 = 64,5 kW.
Tensão de saída Un
Número de fases
A saída pode ser trifásica (UPS 3f-3f) ou monofásica (UPS 3f-1f), dependendo da
situação. Tenha em atenção que as disposições de ligação à terra do sistema a
montante e a jusante podem ser diferentes.
Tensão nominal de saída
Em geral, é a mesma que a da entrada de CA. No entanto, é possível instalar um
transformador de correspondência de tensão.
Características estáticas
Trata-se de tolerâncias (máximo de variações permissíveis) para a amplitude e a
frequência da tensão de saída em condições de estado estacionário. Mais estritas
do que as que se aplicam à energia da rede de distribuição de energia eléctrica
pública, são medidas para funcionamento normal com base em potência de entrada
de CA e para funcionamento com base em modo de reserva da bateria.
• Variação de tensão de saída
A tolerância de amplitude é expressa sob a forma de uma percentagem do valor rms
nominal e pode ser ajustável.
 Exemplo: para uma MGE Galaxy, a tensão 400 V rms ± 1% pode ser ajustada
para ± 3%.

(Cont.)
As normas estipulam igualmente uma tensão nominal de saída de pico e a
tolerância relativamente ao valor nominal.
• Variação de frequência de saída
A tolerância é expressa sob a forma de uma percentagem da frequência nominal.
 Exemplo: Para uma MGE Galaxy, 50 ou 60 Hz ± 0,1% durante o funcionamento
normal com base em alimentação principal e ± 0,5% com base no modo de reserva
da bateria.

(Cont.)
Sincronização da frequência com a alimentação principal
O inversor fornece uma tensão de saída dentro das tolerâncias acima referidas,
independentemente das perturbações que afectem a potência a montante.
Para esse efeito, a UPS:
• Monitoriza os parâmetros de tensão (amplitude, frequência, fase) para que a fonte
de alimentação principal determine se se encontram dentro das tolerâncias
especificadas.
• Reage a qualquer desvio nos parâmetros de forma a:
- reajustar o inversor (fase e frequência) à potência em espera, desde que o desvio
se mantenha dentro das tolerâncias, com vista à transferência da carga, se
necessário,
- transferir a carga para a potência da bateria, assim que o desvio ultrapasse as
tolerâncias.
As novas tecnologias de corte IGBT e PWM utilizadas nas UPS da APC by
Schneider Electric permitem uma adaptação excelente a estas variações.
 Exemplo: para as UPS MGE Galaxy, a variação máxima de frequência
correspondente à tolerância é 50 Hz x 0,5% = 0,25 Hz.
É possível sincronizar a frequência com potência de CA de bypass dos 0,25 aos 2
Hz, em escalões de 0,25 Hz. Na prática, isto significa que aas variações de
frequência podem ser monitorizadas a dF/dt = 0,25 Hz/s e os reajustamentos
realizados entre 0,25 a 1 segundo.
Características dinâmicas
São as tolerâncias sob condições transitórias da carga.
As UPS MGE Galaxy têm capacidade para resistir às seguintes condições:
• Desequilíbrio da carga
Para desequilíbrio na tensão da carga (fase-para-neutro ou fase-para-fase) de:
- 30%, a variação da tensão de saída é inferior a 0,1%,
- 100% (uma fase a Pn e as outras a 0), a tensão de saída não varia mais do que
0,2%.
• Alterações do escalão da carga (transitórios de tensão)
Para escalões de carga de 0 a 100% ou de 100 a 0% da carga nominal, a tensão
não varia mais do que:
± 2% com energia da rede de distribuição de energia eléctrica pública;
+ 2% a -4 % com base na potência da bateria.
Capacidade de sobrecarga e de curto-circuito
• Sobrecargas
- 1,1 In durante 2 horas,
- 1,5 In durante 1 minuto,
sem alterações das tolerâncias de saída.
• Curto-circuitos
Para além dos 1,65 In, os inversores MGE Galaxy funcionam no modo de limitação
de corrente até 2,33 In durante 1 segundo, correspondendo a:
Máx. pico I . = √2 x 1,65 In = 2,33 In.
Para além deste valor, o inversor transfere a carga para a potência em standby ou
efectua um encerramento estático (função de auto-protecção).
Distorção total da tensão de saída
As UPS têm de garantir os níveis de desempenho para todos os tipos de cargas,
incluindo cargas não lineares.
 Exemplo: As UPS MGE Galaxy limitam a distorção de tensão harmónica total
(THDU) na potência de saída aos níveis seguintes para:
• Cargas lineares a 100%:
- THDU f/f < 1,5 %,
- THDU f/N < 2%,
• Cargas não lineares a 100%:
- THDU f/f < 2 %,
- THDU f/N < 3%.
As UPS MGE Galaxy funcionam em conformidade com as características
especificadas para todos os tipos de cargas.
Nota geral. A norma especifica alguns dos níveis de desempenho anteriormente
mencionados relativamente a potência de saída durante o funcionamento normal e

(Cont.)
durante o funcionamento com base em potência da bateria. Em geral, são idênticos.

(Cont.)
Diagrama de resumo das
características principais
Fig. 5.7. Diagrama que descreve as características principais (consulte a lista abaixo).
Entrada de CA normal
● Tensão Un + 10% a - 15%
● Frequência f + 4% a - 6%
Entrada de CA de bypass
● Tensão Un + 10% a - 15%
● Frequência f + 4% a - 6%
● Corrente de curto-circuito lsc2 (capacidade de resistência do bypass estático)
● Tensão flutuante
● Correntes de entrada
- nominal (transferência de carga flutuante para a bateria)
- máximo (carregamento da bateria)
Bateria
● Tempo de reserva: padrão 5, 6, 8, 10, 15, 20, 30, 60 minutos, tempos mais
longos, a pedido)
● Vida útil: 10 anos ou mais longa
● Corrente máxima máx. bl
Inversor
● Potência aparente de saída:
- nominal: Sn (kVA)
- potência de carga: Su (kVA) = Sn x Tc%
● Carga em percentagem da UPS Tc% = Su / Sn
● Potência activa de saída:
- nominal: Pn (kW) = Sn (kVA) x 0,8
- potência de carga: Pu (kW) = Su (kVA) x PF = Sn x Tc% x PF = Un Iu PF
● Eficiência: η Pu / Pn = 93% (97% em modo ECO).
● Características estáticas (tolerâncias de tensão de saída sob condições de estado
estacionário)
- amplitude: Un ± 1% ajustável a ± 3%
- frequência: f ± 1% durante o funcionamento normal, f ± 0.5% em modo de reserva
da bateria
- tensão de saída do inversor sincronizada (frequência e fase) com a da potência em
standby, desde que a última se encontre dentro das tolerâncias.
● Características dinâmicas (tolerâncias sob condições transitórias)
- tensão máxima e variações de frequência para alterações de escalão de carga de
0% a 100% ou de 100% a 0% Un ± 2%, f ± 0.5%
● Distorção da tensão de saída
- Cargas não lineares a 100% THDU < 2%
● Capacidade de sobrecarga e de curto-circuito:
- sobrecargas: 1,5 In durante 1 minuto
- curto-circuitos: Limitação de corrente a 2.33 ln durante 1 segundo
Carga

(Cont.)
● Corrente de carga (lu)
● Factor de potência FP

(Cont.)
Modo normal (com base na energia da rede de distribuição de energia
eléctrica pública, consulte a fig. 5.8 do lado esquerdo)
A UPS absorve a potência de CA da rede de distribuição pública para funcionar
através do rectificador/carregado que fornece corrente de CC.
Parte da corrente da rede de distribuição pública absorvida é utilizada para carregar
ou transferir carga flutuante para a bateria:
• Flutuante l1, se a bateria já estiver completamente carregada,
• carga I1 , se a bateria não estiver completamente carregado (ou seja, carregamento
na sequência de um descarregamento recente)
A corrente restante é fornecida ao inversor que gera uma sinusoidal de tensão de
saída dentro das tolerâncias de frequência e de amplitude especificadas.
Modo de reserva da bateria (com base em potência da bateria, consulte fig. 5.8
do lado direito)
A bateria intervém para substituir a alimentação principal e fornece a potência
necessária ao inversor para a carga, com as mesmas tolerâncias do modo normal.
Isto decorre através da transferência imediata (a bateria está ligada em paralelo) em
caso de:
• Falha normal da entrada de CA (falha da rede de distribuição pública),
• Entrada de CA normal fora das tolerâncias (degradação da tensão da rede de
distribuição de energia eléctrica pública).
Modo normal. Modo de reserva da bateria.
Fig. 5.8. Modo normal e modo de reserva da bateria.
Modo de bypass (com base na linha de bypass estático, consulte fig. 5.9. do
lado esquerdo)
Um comutador estático (SS) assegura uma transferência ininterrupta da carga para
a entrada de CA de bypass para alimentação directa da carga através de potência
em standby.
A transferência é automática em caso de:
• Uma sobrecarga a montante da UPS excedendo a sua capacidade de sobrecarga,
• Uma falha interna nos módulos retificador/carregador e inversor.
A transferência decorre sempre para falhas internas, mas também só é possível se
a tensão da potência em standby estiver dentro das tolerâncias e em fase com o
inversor.
Para esse efeito:
• A UPS sincroniza a tensão de saída do inversor com a da linha de bypass
enquanto esta última se situar dentro das tolerâncias. A transferência é então
possível:
- sem uma quebra na alimentação: Uma vez que as tensões se encontram em fase,
as SCR nos dois canais do comutador estático têm tensão zero em simultâneo.
- sem perturbar a carga. A carga é transferida para uma linha de bypass que se
encontra dentro das tolerâncias.
Modos de funcionamento de
UPS

(Cont.)
• Quando a potência em standby não está dentro das tolerâncias, o inversor
dessincroniza-se e funciona em modo autónomo com a sua própria frequência. A
transferência é desactivada.
No entanto, pode ser realizada manualmente.
Nota 1. Esta função aumenta bastante a fiabilidade devido à muito reduzida
probabilidade de uma sobrecarga a jusante e uma falha de potência em standby
ocorrerem em simultâneo.
Nota 2. Para assegurar o correcto funcionamento da linha de bypass, a
discriminação tem de ser assegurada entre o dispositivo de protecção a montante
da entrada de CA de bypass (no MLVS de saída) e os dos circuitos de saída da
UPS (consulte as informações sobre discriminação abaixo).

(Cont.)
Modo de manutenção (ou bypass de manutenção, consulte a fig. 5.9 do lado
direito)
A manutenção é possível sem a interrupção da operação de carga. A carga é
fornecida com potência em standby através do bypass de manutenção. A
transferência para o bypass de manutenção é realizada através de comutadores
manuais.
O rectificador/carregador, inversor e o comutador estático são encerrados e isolados
das fontes de alimentação. A bateria é isolada pelo seu disjuntor de protecção.
Modo de bypass (bypass estático) Modo de manutenção (bypass de
manutenção).
Fig. 5.9. Modo de bypass e modo de manutenção.
UPS em paralelo com redundância
O capítulo dois é totalmente dedicado à apresentação das várias configurações.
Abaixo, apresentamos algumas informações adicionais sobre ligação em paralelo
para redundância.
Refere-se a UPS MGE
TM
Galaxy
TM
em particular. A modular UPS Symmetra
TM
também utiliza uma ligação em paralelo.
 Configurações, consulte “Selecção da configuração da UPS”
Tipos de configurações em paralelo
Existem dois tipos de configurações em paralelo.
• Unidades integradas de UPS em paralelo
Esta configuração actualizável pode ser iniciada utilizando uma única unidade UPS
com um bypass estático integrado e um bypass de manutenção manual. Para
configurações com mais de duas unidades UPS, um bypass de manutenção comum
é alojado num cubículo externo (consulte a fig. 5.10)
• Unidades de UPS em paralelo com um cubicúlo de comutador estático
centralizado (SSC)
O cubículo do comutador estático inclui um bypass automático e um bypass de
manutenção que são comuns para uma série de unidades UPS que não têm bypass
(consulte a fig. 5.11).
Esta configuração, menos actualizável do que a anterior devido à classificação do
bypass, fornece uma maior fiabilidade (as unidades SSC e UPS são
independentes).
• UPS modulares
As UPS da gama Symmetra
TM
são compostas por módulos dedicados e
redundantes (potência, inteligência, bateria e bypass).
A concepção modular com módulos de potência plug-in melhora a fiabilidade, em
particular a facilidade de manutenção e a disponibilidade, bem como a actualização
da instalação.
Configurações de UPS

(Cont.)
Redundância
A redundância em configurações em paralelo pode ser N+1, N+2, etc.
Isto significa que x unidades UPS são necessárias para fornecer a carga, mas N+1
ou N+2 estão instaladas e todas partilham a carga.
Consulte o exemplo abaixo.

(Cont.)
Exemplo
• Imagine uma carga crítica com uma classificação de 100 kVA.
• redundância 2+1
- 2 unidades UPS têm de ter capacidade para alimentarem completamente a carga
se a redundância se perder.
- Cada unidade UPS tem de ter assim uma classificação de 50 kVA.
- 3 unidades UPS partilham normalmente a carga de 100 kVA, isto é, cada uma
fornece 33,3 kVA.
- As 3 unidades UPS funcionam normalmente com uma carga em percentagem de
33,3 / 50 = 66,6%.
- As unidades UPS integradas em paralelo estão equipadas com um bypass
estático. A transferência é gerida de forma a que as três unidades UPS transfiram o
bypass em simultâneo, se necessário.
Fig. 5.10. Unidades UPS integradas em paralelo com um bypass comum de manutenção e
redundância 2+1. Funcionamento com todas as unidades OK (redundância disponível).
• Perda da redundância
- Uma unidade UPS é encerrada, as duas unidades restantes funcionam a 100%.
- A UPS que sofreu a falha pode ser objecto de assistência devido ao bypass de
manutenção.

(Cont.)
Fig. 5.11. Unidades UPS integradas em paralelo com um bypass comum de manutenção e
redundância 2+1. Funcionamento após a perda de redundância.

APC by Schneider Electric 01/2012 Edition p. 43
Tecnologia: UPS sem transformador
Princípio
Originalmente, todas as UPS incluíam um transformador de saída que era
utilizado para ajustar a tensão de saída ao valor necessário, recriar um neutro
e assegurar o isolamento galvânico entre os sistemas de alimentação a
montante e a jusante (Fig. 5.12).
Actualmente, o progresso tecnológico e os custos mais baixos dos semi-
condutores IGBT torna possível eliminar este transformador (Fig. 5.13).
Normal
AC input
Rectifier
charger
UPS
Bypass
AC input
Q4S
Q1
Inverter
Q5N
K3N
Static
bypass
Battery QF1
Manual
bypass
Loads
Q3BP
Normal
AC input
Rectifier
charger
UPS
Bypass
AC input
Q4S
Q1
Inverter
Q5N
K3N
Static
bypass
Battery QF1
Manual
bypass
Loads
Q3BP
Fig. 5.12. UPS com transformador de saída Fig. 5.13. UPS sem transformador.
Vantagens
Esta tecnologia fornece aos utilizadores uma série de vantagens fundamentais.
● Uma pegada mais reduzida: menos espaço necessário sem o transformador
● Menos peso: redução do peso através da eliminação do transformador
Maior eficiência: eliminação das perdas do transformador
● regulação da tensão através da modulação do sinal para uma melhor
correspondência com a carga. A electrónica actua directamente sobre a tensão de
saída para uma regulação mais rápida e mais precisa da tensão.
A tendência
A utilização de UPS sem transformador começou no início da década de 90 do
século XX para classificações até algumas centenas de kVA. Dadas as suas
inúmeras vantagens, são agora amplamente utilizadas até às classificações
mais altas, tal como exibido na figura 5.14. A classificação de média potência
que utiliza a técnica sem transformador aumentou num factor de 50 ao longo
dos últimos 50 anos
100
400
P(kVA)
1990 1995 2000 2010
years
200
300
5
2005
500
Fig. 5.14. Classificações de média potência das UPS sem transformador.
Tecnologia de UPS sem
transformador

Isolamento galvânico
Uma das razões citadas para a utilização de transformadores de saída é fornecer
isolamento galvânico.
No entanto, as UPS trifásicas acima de uma determinada classificação de potência
estão equipadas com um bypass para assegurar a continuidade da potência. A
presença de um bypass significa que uma UPS, com ou sem um transformador de
saída, não pode fornecer isolamento galvânico entre a fonte e as cargas. Por este
motivo, a tecnologia de UPS sem transformador está a tornar-se progressivamente a
solução preferencial para classificações mais altas.
Este aspecto será debatido abaixo, comparando a utilização das duas tecnologias,
dependendo da disposição de ligação à terra do sistema encontrada.
Revisão das disposições de ligação à terra do sistema
As disposições de ligação à terra referem-se à ligação à terra de:
● o ponto neutro do sistema de distribuição,
● as partes condutoras expostas (ECP) das cargas.
Estas ECP estão sempre interligadas, quer juntas, quer em grupos. Cada grupo
interligado está ligado a um terminal de ligação à terra através de um condutor
protector (PE ou PEN, dependendo de se está combinado ou não com o condutor
neutro ou se está separado).
A norma IEC 60364
(1)
utiliza 2 letras para identificar as diferentes disposições
de ligação à terra.
● A 1ª letra descreve a ligação à terra do ponto neutro do transformador:
- T: ligado à terra,
- I: não ligado à terra.
● A 2ª letra descreve a ligação à terra das ECP do equipamento de carga:
- T: ligado à terra,
- N: ligado ao neutro, que está ligado à terra.
Neste caso (N), uma 3ª letra indica a relação entre os condutores neutro (N) e
protector (PE):
- C: condutor único utilizado para as duas funções,
- S: condutores separados.
(1) Substituído pela norma IECI 60076-7 Ed. 1. relativa a Power Transformer Loading Guide
(Guia de Carregamento de Transformador de Potência).
A norma define assim os sistemas seguintes:
● IT: neutro isolado
● TT: neutro ligado à terra
● TN-C: Condutor combinado protector ligado à terra e neutro (PEN)
● TN-S: Condutores separados neutro ligado à terra (N) e protector ligado à terra
(PE).
Disposições de ligação à terra para salas de computadores
Utilização sistemática do sistema TN-S
O sistema TN-S é a disposição de ligação à terra recomendada pelos fabricantes e
pelas normas para sistemas informáticos. Isto é porque fornece uma distribuição
monofásica ao mesmo tempo que assegura um potencial referencial para as ECP
com um condutor protector.
L1
L2
L3
PE
N
ECPs ECPs
3-ph loads ph-N loads
Fases: L1, L2, L3
Neutro: N
Condutor protector: PE
Pólo disjuntor: x
N e PE separados
Fig. 5.15. Sistema TN-S para centros informáticos
Os sistemas IT e TT são pouco adequados aos sistemas informáticos
Utilização com cargas de
computadores

● O sistema de TI requer equipas operacionais competentes e uma monitorização
do isolamento sofisticada para localizar e eliminar falhas de isolamento antes de
uma segunda falha com uma corrente de activação alta poder provocar
perturbações.

● O sistema TT é demasiado sensível a sobrecargas devido a raios para
dispositivos informáticos sensíveis.
● O sistema TN-C
(1)
(neutro ligado à terra combinado com condutor PE) não fornece
um potencial referencial fiável como o sistema TN-S.
As cargas monofásicas, frequentes em sistemas informáticos, provocam harmónicas
H3 e respectivos múltiplos de 3 (H6, H9, etc.) no neutro. As harmónicas fluem
posteriormente para o condutor PEN, onde podem provocar:
- perda de equipotencialidade PEN que se espalha pela blindagem e pode afectar o
funcionamento do sistema informático.
- correntes desequilibradoras elevadas nos caminhos dos cabos e na estrutura do
edifício devido a ligações à terra PEN frequentes. A radiação electromagnética
resultante nos caminhos dos cabos pode perturbar os dispositivos sensíveis.
(1)
O sistema TN-C pode ser utilizado a montante de um sistema TN-S, mas o contrário não é
permitido, porque pode provocar uma interrupção a montante do condutor protector, criando
assim um risco para a segurança de pessoas a jusante.
Recomendações dos fabricantes de computadores: recrie uma rede com
um neutro ligado à terra à entrada da sala de computadores
Os fabricantes de computadores recomendam que o sistema TN-S com o neutro
ligado à terra seja criado o mais perto possível das cargas. Isto deve ser posto em
prática, geralmente, à entrada da sala de computadores).
A utilização de um sistema TN-S sem esta medida, ou seja com o neutro ligado à
terra criado bastante mais a montante) pode criar uma potencial diferença entre a
terra e o neutro devido à distribuição a montante.
 Em conclusão, é aconselhável que crie um sistema TN-S à entrada da sala de
computadores com o neutro ligado à terra neste ponto para assegurar a distribuição
eléctrica limpa e adequada para o sistema informático.
Isto é realizado geralmente através de PDU (Unidades de distribuição de potência)
que incluem um transformador de entrada, possibilitando a obtenção de um
potencial referencial neutro fiável e assegurando o isolamento galvânico em todos
os modos de funcionamento da UPS (em entrada de CA normal ou de bypass).
Além disso, esta solução utiliza transformadores padrão que fornecem uma
fiabilidade bastante elevada ultrapassando a dos transformadores de saída de UPS.
Esta solução com um transformador de entrada é amplamente utilizada nos EUA
onde um sistema de distribuição trifásico de 480 V é instalado à entrada das salas
de computadores para alimentar um transformador de 208/480 V (fig. 5.16).
UPS A
PDU A
UPS B
PDU A
Blade server
Isolating
transformers
used to recreate
a TN-S system
with neutral
x
x x
x
..
Fig. 5.6. Exemplo de transformadores utilizados na entrada PDU para criar um sistema de
distribuição TN-S com um neutro.

Sistema IT ou TT a montante
Neste caso, a disposição de ligação à terra do sistema tem de ser alterada
para TN-S a jusante da UPS. Uma vez que o neutro não pode ter duas
referências à terra, o isolamento galvânico é necessário para todos os modos
de funcionamento da UPS (normal ou bypass).
● Para UPS com um transformador de saída, um transformador é adicionado
geralmente na entrada do bypass (consulte a fig. 5.17).
Esta solução tem dois inconvenientes:
- os dispositivos de protecção de 4 pólos têm de ser utilizados para ligar e
interromper o neutro no bypass,
- a distância D2 do neutro da UPS e das cargas podem afectar o potencial
neutro porque os transformadores de isolamento não estão localizados perto
das cargas.
● As UPS sem transformador da APC by Schneider Electric podem funcionar
em 3 fases sem um neutro. Isto possibilita a utilização de um sistema trifásico,
com três ligações até ao PDU ou equivalente e a recriação do sistema TN-S o
mais perto possível da aplicação (consulte o lado direito da fig. 5.17). Esta
disposição assegura um potencial referencial "limpo" para o PE.
 Além destas vantagens em termos de eficiência, pegada, peso e
correspondência de tensão, a tecnologia sem transformador é simples e
económica.
Solução com um transformador de potência Solução sem transformador
IT ou TT a montante - TN-S a jusante IT ou TT a montante - TN-S a jusante
Normal AC
input
Rectifier
charger
L1
L2
L3
N
LVMS
UPS
PE
Bypass AC
input
Bypass
transformer
Q3BP
Q4S
Q1
Inverter
Static
bypass
Battery QF1
Q5N
K3N
PE
Earthing
terminal
L1
L2
L3
N
Output
transformer
LVS
D2
IT
TT
Normal AC
input
Rectifier
charger
L1
L2
L3
N
LVMS
UPS
Bypass AC
input
Q3BP
Q4S
Q1
Inverter
Battery QF1
Q5N
K3N
PE
L1
L2
L3
N
LVS
Static
bypass
D1
IT
TT
Power Distribution Unit
transformer
Fixed and clean
reference for
Neutral
PE
Comparação das
diferente disposições
de ligação à terra a
montante

Fig. 5.17. IT ou TT a monatnte e TN-S a jusante.

Tecnologia: UPS sem transformador (Cont.)
Sistema TN-C ou TN-S a montante
Estas duas situações podem ser abordadas do mesmo modo. Com um
sistema TNH-C a montante, é possível separar o neutro e o PE a montante da
UPS (separando as ligações) e criar assim a situação com TN-S tanto a
montante como a jusante. No diagrama abaixo, o TN-C a montante simplifica a
distribuição. A Fig. 5.18 lustra o único caso de um sistema TN-C a montante.
Para fornecer um potencial referencial, é necessário criar um sistema de
distribuição "limpa", instalando um transformador à entrada das ala de
computadores (geralmente utilizando um PDU ou equivalente). Quanto maior
for a distância de D1 entre o transformador a montante e a saída da UPS, mais
necessária é esta solução, porque o potencial neutro pode ser afectado pela
distribuição a montante.
 Neste caso, as soluções que utilizam as UPS com ou sem um
transformador são idênticas, no entanto, a tecnologia sem transformadores
apresenta vantagens em temos de eficiência, pegada, peso e rigor da
regulação da potência.
Solução com um transformador de potência Solução sem transformador
TN-C a montante e TN-S a jusante TN-C a montante e TN-S a jusante
Normal AC
input
Rectifier/
charger
L1
L2
L3
N
LVMS
UPS
Bypass AC
input
Q3BP
Q4S
Q1
Inverter
Battery QF1
Q5N
K3N
L1
L2
L3
N
Static
bypass
D1
PE LVS
transformer
Fixed and clean
reference for
Neutral
Normal AC
input
Rectifier/
charger
L1
L2
L3
N
LVMS
UPS
Bypass AC
input
Q3BP
Q4S
Q1
Inverter
Battery QF1
Q5N
K3N
PE
L1
L2
L3
N
Static
bypass
D1
LVS
transformer
Fixed and clean
reference for
Neutral
Fig. 5,18. TN a montante e a jusante.

Tecnologia: UPS sem transformador (Cont.)
Resultados da comparação
Soluções com um transformador de saída
● O transformador na saída da UPS é de um tipo específico, mais dispendioso e
exige mais espaço.
● É necessário adicionar um transformador na entrada de bypass, ou seja, a
instalação requer dispositivos de quatro pólos e um cabo neutro, ou é necessário
instalar um transformador de saída.
● O transformador adicionado não está localizado tão perto quanto possível das
cargas.
Soluções sem transformador
● As limitações provocadas por um transformador de saída da UPS são evitados.
● Um transformador é instalado à entrada da sala dos computadores, geralmente
num PDU. Não são necessários dispositivos de quatro pólos no bypass nem a
distribuição a montante do neutro.
No entanto, continua a ser necessário adicionar um transformador, mas existem
vantagens em termos de:
● Custo da UPS, isto é, sem transformador de potência específico e sem neutro na
linha de bypass,
● pegada e peso reduzidos,
● melhor regulação de saída para flutuações de carga rápidas.
 Pelas suas inúmeras vantagens, a tecnologia sem transformador está a
tornar-se rapidamente a solução preferida para UPS.

Compatibilidade electromagnética (EMC)
Perturbações electromagnéticas
Todas as perturbações electromagnéticas envolvem três elementos.
Uma fonte
Uma fonte natural (atmosfera, terra, sol, etc.) ou, mais frequentemente, uma fonte
industrial (dispositivos eléctricos e electrónicos).
A fonte gera perturbações através de variações repentinas (impulso) nos valores
eléctricos (tensão ou corrente), definidas por:
• Uma forma de onda,
• Uma amplitude de onda (valor de pico),
• Um espectro de frequências,
• Um nível de energia.
Um modo de acoplamento
O acoplamento permite a transmissão de perturbações e pode ser:
• Capacitivo (ou galvânico), por exemplo, através de enrolamentos do
transformador,
• Indutivo, por um campo magnético radiado,
• Conduzido, por uma impedância comum, através de uma ligação à terra.
Uma vítima
Trata-se de qualquer dispositivo susceptível de sofrer perturbações e que funciona
incorrectamente devido à presença das perturbações.
Exemplos
Fontes
Em instalações de baixa tensão, as fontes incluem correntes variáveis súbitas
resultantes de:
• Falhas ou curto-circuitos,
• Comutação electrónica,
• Harmónicas de alta ordem,
• Descargas ou interrupção do transformador.
As frequências podem ser baixas (< 1 MHz) para frequências de alimentação e
respectivas harmónicas ou altas (> 1 MHz) no caso de descargas.
Acoplamento
• Capacitivo: transmissão de uma onde de descarga através de um transformador.
• Indutivo: Radiação de um campo magnético criado por uma das correntes acima.
A radiação cria uma força electromotiva induzida, ou seja, uma corrente capaz de
provocar perturbação induzida, nas ligações dos condutores que constituem os
cabos que alimentam os dispositivos e nos condutores de ligação à terra dos
dispositivos.
A título indicativo, uma radiação de 0,7 A/m pode causar perturbações num monitor
de vídeo.
Isso corresponde ao campo criado de 2,2 m à volta de um condutor que transporte
uma corrente de 10 A.
• Conduzido (impedância comum): aumento no potencial de uma ligação à terra.
Perturbações
Emissão, imunidade, susceptibilidade
Um dispositivo eléctrico está instalado num ambiente que pode sofrer mais ou
menos perturbações electromagneticamente. O mesmo tem de ser considerado
como uma fonte e possível vítima de perturbações electromagnéticas.
Dependendo do ponto de vista, pode falar-se de:
• O nível de emissão de uma fonte,
• O nível de compatibilidade de um ambiente,
• Os níveis de imunidade e susceptibilidade de uma vítima.
Estas noções são abordadas na página seguinte na secção sobre níveis de
perturbação definidos pelas normas.
Perturbações
electromagnéticas
Normas e recomendações
EMC

(Cont.)
Níveis de perturbação
A norma IEC 6100-2-4 define vários níveis de perturbação da EMC:
• Nível 0: sem perturbação,
• Nível de emissão: nível máximo autorizado para um utilizador num serviço
público ou para um dispositivo,
• Nível de compatibilidade: nível máximo de perturbação esperado um
determinado ambiente,
• Nível de imunidade: nível de perturbação que um dispositivo pode suportar,
• Nível de susceptibilidade: nível a partir do qual um dispositivo ou sistema
funciona incorrectamente.
Consequentemente, devem ser tomados em consideração dispositivos e
equipamento:
• Fontes, devem ser definidos limites (níveis de emissão) relativamente a
perturbações emitidas por dispositivos para evitar atingir níveis de
compatibilidade,
• Vítimas, devem também suportar níveis de perturbação superiores aos níveis de
compatibilidade, se ultrapassados, o que é permitido numa fase transitória. Estes
níveis superiores são os níveis de imunidade.
As normas EMC definem estes níveis.
 Lista das normas EMC, ver secção na página 34 sobre normas EMC.
Fig. 5.19 Níveis de perturbação de EMC para dispositivos susceptíveis de sofrer/provocar
perturbações.
Valores medidos
Os dispositivos são submetidos a testes.
São medidos cinco valores principais:
• CE – emissões conduzidas,
• RE – emissões radiadas,
• ESD – descargas electrostáticas,
• CS – susceptibilidade conduzida,
• RS – susceptibilidade radiada.
Os testes requerem recursos importantes, nomeadamente uma gaiola de Faraday
para as emissões conduzidas e a susceptibilidade e uma câmara anecóica para as
emissões radiadas.
A APC by Schneider Electric possui câmaras de teste anecóicas certificadas.

(Cont.)
Fig. 5.20 Cinco valores de medição principais.

Normas relativas à UPS
Âmbito das normas
As normas abrangem os aspectos seguintes:
• A concepção da UPS,
• A segurança dos indivíduos,
• Os níveis de desempenho,
• O ambiente eléctrico (principalmente as perturbações harmónicas e a EMC),
• O ambiente ecológico.
As normas relativas às UPSs tornaram-se muito mais precisas, principalmente no
que respeita a criação de normas EN europeias e respectiva harmonização com
parte das normas IEC anteriormente existentes.
Cumprimento das normas e certificação
O cumprimento das normas garante a fiabilidade e a qualidade de uma UPS,
respectiva compatibilidade com as cargas fornecidas, bem como com o ambiente
técnico, humano e natural.
A declaração de conformidade com as normas por parte de um fabricante não é, por
si só, uma indicação suficiente da qualidade. Apenas a certificação por
organizações reconhecidas constitui uma garantia verdadeira da conformidade.
Com essa finalidade, os níveis de desempenho das UPSs da APC by Schneider
Electric relativamente às normas são certificados por organizações como a TÜV e a
Veritas.
Marca CE
A marca CE foi criada pela legislação europeia.
É obrigatória para a livre circulação de mercadorias na UE.
O seu objectivo é garantir, através do cumprimento das directivas europeias
correspondentes de que:
• O produto não é perigoso (Directiva relativa à baixa tensão),
• Não é poluente (Directiva relativa ao ambiente) e respectiva compatibilidade
electromagnética (Directiva relativa à EMC).
Antes da colocação da marca CE num produto, o fabricante teve/tem de realizar as
verificações e testes que asseguram a conformidade do produto com os requisitos
na(s) directiva(s) aplicável(eis).
Tal NÃO se trata de uma norma de certificação ou marca de conformidade.
Isto não significa que o produto está em conformidade com as normas nacionais ou
internacionais.
Não se trata de uma certificação, tal como definido pela legislação francesa (lei
datada de 3 de Junho de 1994)
Além disso, a colocação da marca CE num produto é da exclusiva responsabilidade
do fabricante ou do importador. A mesma não implica a inspecção por parte de uma
organização certificada externa.
 Nem todas as etiquetas têm as mesmas implicações para os fabricantes.
A conformidade com as normas e os níveis de desempenho especificados têm de
ser certificados por uma organização. Este não é o caso da marca CE que autoriza
a auto-certificação.
As UPSs da APC by Schneider Electric estão em conformidade (certificadas pela
TÜV e Veritas) com as principais normas internacionais aplicáveis.
Segurança
• IEC 60950-1/EN 60950-1
Equipamento de tecnologia de informação - Segurança - Parte: Requisitos gerais
• IEC 62040-1/EN 62040-1
Sistemas de Alimentação Ininterrupta (UPS) - Requisitos gerais e de segurança para
UPS.
• IEC 62040-3/EN 1000-3
Sistemas de Alimentação Ininterrupta (UPS) - Método de especificação dos
requisitos de desempenho e teste.
Principais normas
reguladoras das UPSs
Âmbito e cumprimento das
normas

• IEC 60439
Conjuntos de aparelhagem de baixa tensão.
• Directiva relativa a LV: 2006/95/EC

Ambiente eléctrico, harmónicas e compatibilidade
electromagnética (EMC)
Harmónicas
• IEC 61000-2-2/EN 61000-2-2
Níveis de Compatibilidade para Falhas Provocados por Baixa Frequência e
Sinalização em Sistemas Públicos de Fontes de Alimentação de Baixa Tensão.
(ver Tabela 5-A na página seguinte)
• IEC 61000-3-2/EN 61000-3-2
Limites de emissões de correntes harmónicas ( corrente de entrada do equipamento
≤ 16 A/ph).
• IEC 61000-3-4/EN 61000-3-4
Limites de emissões de correntes harmónicas (corrente de entrada do equipamento
> 16 A/ph).
• IEC 61000-3-5/EN 61000-3-5
Limitação de flutuações e oscilações de tensão.
• EN 50160
Características da tensão de redes públicas.
(ver Tabela 5-B na página seguinte).
• IEEE 519
Práticas recomendadas e requisitos para o controlo harmónico em sistemas de
alimentação eléctrica.
EMC
• EN 50091-2
UPS - EMC.
• IEC 62040-2/EN 62040-2
Sistemas de Alimentação Ininterrupta (UPS) - Requisitos de compatibilidade
electromagnética (EMC).
• Directiva relativa à EMC 2004/108/EC
Para equipamento susceptível de causar ou ser afectado por perturbações
electromagnéticas.
Qualidade
• Concepção, produção e manutenção em conformidade com a norma ISO 9001 –
organização para a qualidade.
Ambiente ecológico
• Fabrico em conformidade com a norma ISO 14001.

Ruído acústico
• ISO 3746
Níveis da potência sonora.
• ISO 7779/EN 27779
Medição do ruído aéreo emitido por um computador ou equipamento empresarial.
Tabelas sobre níveis de compatibilidade harmónica
Tabela 5-A. Níveis de compatibilidade para tensões harmónicas individuais em redes de baixa
tensão como indicado nas normas IEC 61000-2-2/EN 61000-2-2.
Harmónicas ímpares não
múltiplas de 3
Harmónicas ímpares
múltiplas de 3
Harmónicas pares
Ordem
harmónica n
Tensão
harmónica
como uma %
da
fundamental
Ordem
harmónica n
Tensão
harmónica
como uma %
da
fundamental
Ordem
harmónica n
Tensão
harmónica
como uma %
da
fundamental
5 6 3 5 2 2
7 5 9 1.5 4 1
11 3.5 15 0.3 6 0.5
13 3 21 0.2 8 0.5
17
19
23
25
>25
2
1.5
1.5
1.5
0,2+0,5x25/n
>21 0.2 10
12
>12
0.5
0.5
0.2
0.2
THDU < 8% resultante (para todas as harmónicas encontradas entre essas indicadas).
Tabela 5-B. Níveis de compatibilidade para tensões harmónicas de acordo com o tipo de
equipamento como indicado na norma EN 50160.
Ordem da harmónica
de tensão gerada
Classe 1
(equipamento e
sistemas sensíveis) %
fundamental
Classe 2
(1)
(redes industriais e
públicas) %
fundamental
Classe 3
(para ligação dos
principais poluidores)
% fundamental
2 2 2 3
3 3 5 6
4 1 1 1.5
5 3 6 8
6 0.5 0.5 1
7 3 5 7
8 0.5 0.5 1
9 1.5 1.5 2.5
10 0.5 0.5 1
11 3 3.5 5
12 0.2 0.2 1
13 3 3 4.5
TDHU 5% 8% 10%
(1)
A classe 2 corresponde aos limites da Tabela A das normas IEC 61000-2-2/EN 61000-2-2.

91APC by Schneider Electric 01/2012 edition p. 59
Armazenamento de energia
Armazenamento de energia em UPSs
Os sistemas de armazenamento de energia utilizados pelas UPSs para
salvaguardar a fonte principal têm de ter as seguintes características:
• Disponibilidade imediata da alimentação eléctrica,
• Potência nominal suficiente para fornecer a carga,
• Tempo de reserva suficiente e/ou compatibilidade com sistemas com capacidade
para tempos de reserva prolongados (por ex. gerador a motor ou células a
combustível).
Avaliação das tecnologias disponíveis
O acompanhamento técnico estabelecido pela APC by Schneider Electric resultou
numa examinação profunda das seguintes tecnologias:
• Baterias,
• Supercapacitores (ultracapacitores),
• Volantes,
• Armazenamento de energia magnética supercondutora (SMES).
 Para mais informações, ver NA 65 (Nota de Aplicação 65: "Comparar baterias de
centros de dados, volantes e ultracapacitores".
As soluções referentes a baterias e volantes são abordadas a seguir.
A solução bateria
As baterias são de longe a solução frequentemente utilizada actualmente em termos
de armazenamento de energia em UPSs. São a solução dominante devido ao custo
reduzido, à eficácia comprovada e à capacidade de armazenamento, apresentando
no entanto várias desvantagens no que respeita ao tamanho, à manutenção e ao
ambiente. Em termos de potência nominal, as mesmas oferecem tempos de reserva
num período de dez minutos, suficiente para trabalhar durante longas interrupções e
aguardar pelo arranque de um gerador a motor preparado para tempos de
funcionamento alargados.
Para a gama SymmetraTM
PX , a APC by Schneider Electric também oferece
soluções para tempos de funcionamento alargados baseadas em células a
combustível, com a gama de produtos FCXR (Fuel Cell eXtended Run). Esta
solução reduz significativamente o impacto ambiental e os requisitos em termos de
espaço no que respeita a soluções que combinam baterias e um gerador a motor.
 O armazenamento de energia electroquímica a bateria, assegurado por um
gerador a motor térmico (se for o caso), é a solução normalmente utilizada para
proteger cargas críticas utilizando UPSs.
Fig. 5.21. Armazenamento de energia utilizando uma bateria e um gerador a motor para
longos tempos de reserva.
See WP 65 
Baterias
Tecnologias possíveis

Armazenamento de energia (Cont.)
Tipos de baterias industriais
Famílias de baterias
Uma bateria é um conjunto de células interligadas.
Dependendo do tipo de células, existem duas famílias principais de baterias:
• Baterias de ácido-chumbo,
• Baterias de níquel-cádmio.
As células também podem ser do :
• Tipo recombinação  baterias seladas
A taxa de recombinação de gás é de, pelo menos, 95% e, por essa razão, não
necessitam da adição de água durante o tempo de vida útil (daí o termo "selada"),
• Tipo ventilada  baterias ventiladas
Estão equipadas com portas para:
- libertar para a atmosfera o oxigénio e hidrogénio produzidos durante as diferentes
reacções químicas,
- encher o electrólito adicionando água destilada ou desmineralizada.
Baterias utilizadas nas UPSs
Os principais tipos de baterias utilizadas em conjunto com as UPSs são:
• Baterias de ácido-chumbo seladas, utilizadas 95% do tempo porque são de fácil
manutenção e não requerem um espaço especial, estas baterias podem ser
instaladas em ambientes de escritório e em qualquer posição,
• Baterias de ácido-chumbo ventiladas,
• Baterias de níquel-cádmio ventiladas.
As baterias ventiladas impõem maiores restrições em termos de manutenção
(verificações no nível do electrólito) e respectiva posição (apenas na posição
vertical).
As baterias de polímero de lítio estão actualmente a ser estudadas para utilização
nas UPSs.
Para utilizar em conjunto com as suas gamas de UPS, a APC by Schneider Electric
recomenda baterias de ácido-chumbo seladas. Contudo, disponibiliza uma ampla
selecção de outros tipos de bateria.
A empresa oferece os três tipos de bateria para todos os tempos de vida útil
disponíveis.
Os níveis de capacidade e os tempos de reserva podem ser adaptados para
satisfazer as necessidades do utilizador.
As baterias propostas estão totalmente adaptadas às aplicações da UPS, resultado
da colaboração com os principais fabricantes de baterias.
 Selecção da bateria, ver ” Factores chave na instalação da UPS” p. 46.
Modos de instalação
Dependendo da gama da UPS, capacidade da bateria e tempo de reserva, a bateria
é:
• Do tipo selada e alojada no gabinete da UPS,
• Do tipo selada e alojada num a três gabinetes,
• Do tipo ventilada ou selada e montada em rack.
Montagem em gabinete
Este método de instalação (ver fig. 5.15) é adequado a baterias seladas. É fácil de
implementar e oferece máxima segurança.
Baterias instaladas em racks
• Em prateleiras (figura 5.16)
Este método de instalação é possível para baterias seladas ou baterias ventiladas
sem manutenção que não requerem o abastecimento do respectivo electrólito.
• Montagem em camada (tier) (figura 5.17)
Este método de instalação é adequado para todos os tipos de baterias e para as
baterias ventiladas em particular, uma vez que a verificação do nível e o
abastecimento são facilitados.

Fig. 5.22. Montagem em gabinete. Fig. 5.23. Montagem em
prateleira. Fig. 5.24. Montagem em camada (tier).

Restrições relativas a baterias
Restrições atmosféricas
As baterias fornecidas com as UPSs da APC by Schneider Electric foram
concebidas para funcionar nas seguintes condições:
• Intervalo de temperatura ideal: 15°C a 25°C,
• Intervalo de humidade relativa ideal: 5% a 95%,
• Pressão atmosférica: 700 a 1060 hPa (0,7 a 1,06 bars).
Para obter informações sobre outras condições de funcionamento, consulte-nos.
Acesso
Deve ser fornecido acesso para operações de teste.
• Bateria instalada no gabinete da UPS ou outro gabinete: conformidade com as
distâncias indicadas na secção "Dimensões e pesos" no capítulo 4.
• Bateria instalada em racks: Seleccione um método de instalação adequado ao tipo
de bateria.
• Trabalho preliminar: este aspecto é importante uma vez que está relacionado com
a segurança. Este assunto é abordado na secção “Factores chave na instalação
da UPS” p. 49.
Principais parâmetros da bateria
Tempo de reserva
Para uma determinada bateria, o tempo de reserva depende de:
• A potência a fornecer, um valor baixo aumenta a autonomia disponível,
• As condições de descarga, uma taxa de descarga elevada torna possível uma
tensão de encerramento inferior, aumentando assim o tempo de reserva,
• A temperatura, dentro dos limites de funcionamento recomendados, o tempo de
reserva aumenta com o aumento da temperatura. Contudo, tenha em atenção que
uma temperatura elevada afecta de modo negativo a vida útil da bateria,
• O envelhecimento, o tempo de reserva da bateria diminui com a idade da bateria.
A APC by Schneider Electric oferece uma gama de tempos de reserva padrão (5, 6,
8, 10, 15 ou 30 minutos e tempos de vida útil (5 ou 10 anos ou mais), satisfazendo
igualmente todos os requisitos específicos.
Vida útil
Considera-se que uma bateria atingiu o fim de vida útil quando o respectivo tempo
de reserva tiver diminuído 50% do tempo de reserva especificado.
O tempo de vida útil de uma bateria é basicamente melhorado:
• Pelo fornecimento de protecção contra descarga profunda,
• Pelas definições correctas do carregador, em particular o factor de ondulação da
carga ou corrente flutuante,
• Por uma temperatura de funcionamento ideal, mantida entre os 15°C e 25°C.
Modo de recarga
O ciclo de carga acontece em dois passos:
• Passo 1, uma corrente constante limitada a 0,1 C10 (um décimo da capacidade da
bateria para uma descarga de dez horas),
• Passo 2, uma tensão constante, no valor máximo permitido. A corrente de carga
diminui regularmente e atinge o valor de flutuação.
Fig. 5.25. Ciclo de carga da bateria.

Gestão da bateria para as gamas MGETM
GalaxyTM
DigibatTM
Para gerir os parâmetros acima, todas as UPS MGE
TM
Galaxy
TM
da APC by
Schneider Electric vêm equipadas de origem com o sistema de monitorização de
bateria Digibat
TM
baseado em microprocessador (DSP dedicado para
processamento em tempo real).
O sistema Digibat
TM
, de fácil utilização, oferece funções avançadas e flexíveis, bem
como protecção física e protegida por computador à bateria. O mesmo fornece um
elevado nível de segurança, medição exacta do tempo de reserva e optimiza o
tempo de vida útil da bateria. Por exemplo, uma UPS MGE Galaxy 5000, inclui as
seguintes funções:
• Introdução automática dos parâmetros da bateria,
• Medição do tempo de reserva real remanescente, tendo em consideração a idade
da bateria, a temperatura e o nível de carga,
• Estimativa do tempo de vida útil restante da bateria
(1)
,
• Teste da bateria para detectar preventivamente falhas nas funções da bateria
(1)
,
• Regulação da tensão da bateria relativamente à temperatura para optimizar a vida
útil da bateria,
• Teste automático de descarga da bateria a intervalos ajustáveis.
A protecção inclui:
• Protecção contra a descarga profunda (dependendo da taxa de descarga) e
isolamento da bateria através da utilização de um disjuntor que abre
automaticamente quando o tempo de reserva, multiplicado por duas mais duas
horas, tiver decorrido,
• Limite da corrente de recarga na bateria (0,05 C10 a 0,1 C10),
• Alarme de áudio progressivo que assinala o fim do tempo de reserva,
• Diversos testes automáticos.
(1) Patentes exclusivas da APC by Schneider Electric.
Fig. 5.26. Digibat
TM
Monitorização da temperatura
As UPSs MGE
TM
Galaxy
TM
podem também estar equipadas com o módulo
Monitorização da Temperatura utilizado para:
• Optimizar a tensão do carregador dependendo da temperatura no compartimento
da bateria,
• Avisar o utilizador se os limites de temperatura permitidos forem ultrapassados,
• Refinar a estimativa relativa ao tempo de reserva da bateria realizada pelo sistema
padrão.
A ventilação natural dos gabinetes da bateria evita o aumento da temperatura da
bateria.
O Sensor do Ambiente é também uma maneira simples de monitorizar a
temperatura e a humidade. Pode ser utilizado para iniciar o encerramento quando
combinado com o software em execução no módulo.
Monitorização da bateria
A APC by Schneider Electric dispõe igualmente dos sistemas de monitorização da
bateria adjacentes e autónomos B2000 e Cellwatch, que detectam e localizam

todas as falhas da bateria. Estes sistemas monitorizam cada bloco ou célula da
bateria e tornam possível a manutenção preventiva.

Armazenamento da energia em volante
Um sistema de armazenamento em volante é uma “bateria mecânica” que armazena
energia cineticamente na forma de uma massa em rotação. Quando necessário
durante uma interrupção na rede de distribuição de energia eléctrica pública, a
energia armazenada pela massa em rotação é convertida em energia eléctrica
através do gerador eléctrico integrado no volante.
A quantidade de energia armazenada num volante é indicada pela fórmula:
E = kMω
2
em que k depende da forma da massa em rotação, M corresponde à massa do
volante e ω corresponde à respectiva velocidade angular.
 Tenha em atenção que a energia armazenada é proporcional ao quadrado da
velocidade angular. Esta é uma das razões pelas quais a APC by Schneider Electric
propõe volantes a girar a velocidades relativamente elevadas. Isto reduz o peso e a
pegada ecológica do sistema de armazenamento de energia.
Aplicações da UPS
Os volantes podem substituir as baterias da UPS tradicionais ou funcionarem em
conjunto com as baterias para fornecerem energia de reserva instantânea e
altamente fiável a aplicações actuais cruciais (centros de dados, hospitais, estúdios
de transmissão, aeroportos e fábricas). Os mesmos interagem com o bus CC, à
semelhança de uma bateria, recebendo corrente de carga da UPS e fornecendo
corrente CC ao inversor da UPS durante a descarga.
Rectifier
Critical
loads
AC input
Inverter
Battery
UPS
Flywheel
Fig. 5.27. Diagrama simplificado de uma UPS com um armazenamento de energia em volante
ligado em paralelo com uma bateria.
Os sistemas de armazenamento de energia em volante possuem duas aplicações
dependendo se a aplicação inclui ou não um gerador.
Reforço da bateria para instalações com geradores
Para instalações sem geradores, é possível o funcionamento de um sistema de
armazenamento de energia em volante em paralelo com baterias. Esta aplicação de
volante é frequentemente referida como "reforço da bateria".
Numa configuração deste tipo, o volante é a primeira linha de defesa contra
anomalias de alimentação – oferecendo maior disponibilidade e poupando as
baterias durante interrupções de energia prolongadas. Sendo o primeiro a fornecer a
energia necessária para trabalhar durante falhas de energia, o sistema de volante
aumenta de modo significativo a vida útil da bateria ao absorver mais de 98% das
descargas que normalmente seriam fornecidas pelas baterias. O reforço da bateria
com volantes oferece uma série de vantagens.
• Menos ciclos de carga/descarga da bateria, prolongando assim a vida útil da
bateria
• Menos substituições frequentes da bateria e eliminação de ácido-chumbo
associado
• Maior disponibilidade do bus CC crítico
Volantes

Substituição da bateria para instalações com geradores
De um modo geral, os geradores conseguem aguentar a carga durante 10 segundos
de uma interrupção na rede de distribuição de energia eléctrica pública. Embora as
baterias de UPS consigam fornecer energia durante esta transição, a sua fiabilidade
é sempre posta em causa. Estão totalmente carregadas? Será que existe alguma
célula danificada no conjunto da bateria? Quando foram verificadas pela última vez?
Em contrapartida, os sistemas de volante fornecem armazenamento de energia
fiável instantaneamente para assegurar uma transição previsível para o gerador em
espera, tudo numa unidade compacta.
Um sistema de volante que forneça 10 ou 20 segundos de energia oferece uma
série de vantagens em relação às baterias para instalações com geradores.
• Armazenamento de energia altamente fiável e previsível:
- MTBF estimado de 54.000 horas
- a monitorização contínua oferece um desempenho altamente previsível
• Alternativa às baterias ecológica:
- sem chumbo, sem ácido, pegada de carbono reduzida
• Custo total de propriedade reduzido:
- 20 anos de vida útil
- manutenção reduzida
- Tamanho e peso reduzidos
- capaz de funcionar a temperaturas até 40°C
Tipos de volante
Os volantes da UPS podem dividir-se em vários tipos dependendo da respectiva
velocidade, material do volante e configuração do gerador a motor.
Velocidade do volante
• Volantes de baixa velocidade
- Velocidade angular <10 000 rpm
- A energia de potência elevada requer volantes em aço pesado (pesado e
volumoso)
- Manutenção e substituição periódica de rolamentos mecânicos
- Elevada quantidade de perdas de energia parasitas
- Requer especificações de placas de betão para instalação
• Volantes de alta velocidade
- 30.000 a 60.000 rpm (potencialmente até 100.000 rpm)
- Mais leves para necessidades de potência elevada (energia armazenada através
da maior velocidade de rotação)
- Levitação magnética total
- Manutenção periódica reduzida
- Tamanho e peso mais reduzidos
- Entrada em funcionamento, arranque e encerramento fáceis
Como mencionado anteriormente, os volantes fornecidos com as UPSs da APC by
Schneider Electric funcionam a velocidades relativamente altas (36.000 rpm com
carga total) e oferecem todas as vantagens associadas.
Materiais do volante
• Volantes em fibra de carbono
Os volantes em fibra de carbono são normalmente fabricados em grandes
extensões de enrolamentos de fibra de carbono num fuso. Os mesmos são
mantidos juntos por uma resina de epóxi.
As imperfeições no processo e os espaços entre as fibras pode provocar o
desequilíbrio da roda ao longo do tempo devido às tensões aplicadas, uma vez que
a roda gira de alta a baixa velocidade sem parar, o que ocorre durante cada evento
de descarga. Dado que o volante de fibra de carbono fica desequilibrado, o módulo
completo do volante tem de ser substituído, um processo muito demorado e
dispendioso.
• Volantes em aço
Os volantes fornecidos pelas UPSs da APC by Schneider Electric UPSs são
fabricados em aço aeroespacial grau 4340. As propriedades do material são muito
bem conhecidas, disponível em inúmeros fornecedores. Este material é utilizado em
muitas aplicações de rotação a alta velocidade. Mais importante é o facto de a
integridade do material poder ser medida através de amostras de núcleo e ultra-som

para se certificar de que o mesmo está conformidade com as especificações da
aplicação. O mesmo volante tem sido utilizado não apenas em aplicações de UPS,
como também em aplicações de regeneração de alta ciclagem como em motores
eléctricos para gruas e carris de eléctricos. Estas aplicações exigem que o volante
carregue e descarregue até 20 vezes por hora. Estas aplicações comprovam a
robustez da utilização do aço de grau aeroespacial como o material de volante
preferido.
Configuração do gerador a motor
A outra diferença encontrada nos sistemas de armazenamento de energia em
volante é a configuração do gerador a motor.
• Os sistemas de volante fornecidos pela APC by Schneider Electric utilizam use um
gerador a motor do tipo íman permanente. A sua vantagem é dupla:
- Maior eficiência do gerador a motor na carga e descarga, dada a elevada
capacidade de ciclagem do volante
- O volante pode gerar a sua própria energia para manter a levitação do volante
mesmo que a potência de controlo se perder ou ocorrer uma falha na electrónica.
• Outros fabricantes de volantes utilizam um motor de relutância síncrono que
não conseguem auto-gerar energia se ocorrer uma falha na electrónica.
- Assim, a unidade necessita de uma alimentação de reserva de uma pequena UPS
para fornecer energia aos rolamentos magnéticos.
Instalação
Gabinetes do volante
Os sistemas de armazenamento de energia em volante são fornecidos em gabinetes
separados que estabelecem ligação ao bus CC tal como os gabinetes da bateria. Os
vários gabinetes do volante podem ser instalados em paralelo para uma potência
mais elevada, um tempo de funcionamento mais prolongado ou redundância.
Preparação do local
É necessária a preparação mínima do local para a instalação dos gabinetes do
volante. Antes da instalação, é necessário ter em consideração determinados
aspectos.
• Ligação e cablagem da UPS e outro equipamento
• Acesso à assistência
• Intervalos de arrefecimento
• Montagem no solo
Restrições relativas a volantes
Restrições atmosféricas
Os sistemas de armazenamento de energia em volante fornecidos com as UPSs da
APC by Schneider Electric foram concebidos para funcionar nas seguintes
condições:
• Temperatura de funcionamento: -20°C a 40°C (sem redução)
• Temperatura mínima de arranque a frio: 0℃
• Humidade relativa: até 95% (sem condensação)
Para obter informações sobre outras condições de funcionamento, consulte-nos.
Principais parâmetros do volante
Potência de saída e tempo de reserva
Os sistemas de armazenamento de energia em volante fornecidos com as UPSs da
APC by Schneider Electric oferecem flexibilidade no que diz respeito à selecção da
melhor combinação de nível de potência e tempo de funcionamento de acordo com
os requisitos da aplicação.
• Estão disponíveis unidades simples em potências de 215kW e 300kW.
• O modelo de 300kW debita 160kW por ~18,75 segundos ou 220kW por ~10
segundos. Geralmente suficiente para reforço da bateria ou aplicações de arranque
do gerador.

• Podem funcionar em paralelo várias unidades de volante para uma maior
capacidade, redundância ou tempo de funcionamento.
Vida útil
• O tempo de vida útil de um sistema de armazenamento de energia em volante é
normalmente muito superior ao das baterias de chumbo-ácido.
• Os sistemas de armazenamento de energia em volante fornecidos com as UPSs
da APC by Schneider Electric têm um tempo de vida útil de 20 anos com
temperaturas até 40°C e ciclos de carga e descarga frequentes.

Combinação de UPS/gerador
Tempos de reserva longos
Um gerador a motor é constituído por um motor de combustão interna que acciona
um gerador que alimenta o sistema de distribuição. O tempo de reserva de um
gerador a motor depende da quantidade de combustível disponível.
Em algumas instalações, o tempo de reserva necessário na eventualidade de uma
interrupção na rede de distribuição de energia eléctrica pública é tal que é preferível
utilizar um gerador a motor para repor a energia da rede de distribuição de energia
eléctrica pública (figura 5.28).
Esta solução evita a utilização de baterias de grande dimensão com tempos de
reserva muito longos.
Embora não exista uma regra geral quanto a isso, é frequentemente utilizado um
gerador para tempos de reserva que ultrapassem os 30 minutos. As instalações
críticas que necessitam de níveis de disponibilidade muito elevados e com custos de
inactividade elevados (por ex. centros de dados) combinam sistematicamente UPSs
e geradores a motor.
O tempo de reserva da bateria da UPS tem de ser suficiente para o arranque do
gerador e ligação à instalação eléctrica. A ligação é geralmente realizada no quadro
principal de baixa tensão através de um sistema de comutação de fonte automático.
O tempo necessário para a comutação depende das características específicas de
cada instalação, principalmente a sequência de arranque, redução de carga, etc.
Fig. 5.28. Combinação de UPS/gerador.
Compatibilidade entre UPS/gerador
Tem de se ter em consideração uma série de factores quando se utiliza um gerador
a motor para fornecer energia de tempos de reserva longos a UPSs.
Alterações aos patamares de carga
No caso de uma situação de emergência, se for necessário ligar a instalação ao
gerador, as cargas pesadas podem resultar em correntes de pico elevadas, que
podem causar graves problemas no funcionamento do gerador. Para evitar estes
fenómenos, as UPSs da APC by Schneider Electric estão equipadas com um
sistema que garante o arranque gradual do carregador. O processo demora
aproximadamente dez segundos. Além disso, quando a energia é reposta, o
Use of a generator

carregador poderá ser parado gradualmente através de um interruptor auxiliar para
evitar a perturbação de outras cargas.

Combinação de UPS/gerador (Cont.)
Fig. 5.29. Início gradual do rectificador da UPS durante o funcionamento a energia do gerador.
Correntes capacitivas
O gerador só pode fornecer correntes capacitivas relativamente reduzidas (10 a 30
% de In). Ao instalar-se um filtro LC, a principal dificuldade recai sobre o arranque
gradual do rectificador quando alimentado pelo gerador, quando a potência activa é
zero e o gerador só fornece corrente capacitiva para o filtro. Em consequência, a
utilização dos filtros LC têm de ser analisados correctamente para garantir que o
funcionamento está em conformidade com as especificações do fabricante.
A utilização de filtros LC compensados com um relé resolve este problema. Para
UPSs com um rectificador PFC, a compatibilidade é total.
 Filtros LC e geradores, ver capítulo 1 p. 26.
UPS respectiva e potências nominais do gerador
Uma UPS equipada com um rectificador PFC possui um factor de potência de
entrada elevado (superior a 0,9). O gerador a motor pode, deste modo, ser utilizado
para maximizar a eficácia.
Em relação aos filtros LC, os filtros compensados com um relé resolvem o problema
relacionado com as correntes capacitivas.
 A compatibilidade das potências nominais entre as UPSs modernas e os
geradores a motor evita todos os problemas de redução.
Estabilidade da frequência do gerador
Durante o funcionamento a energia do gerador a motor, é possível que ocorram
flutuações na frequência do gerador devido a variações na velocidade do motor
térmico para o qual as funções de regulação não são instantâneas. Estas variações
devem-se a alterações na carga. Exemplos são o arranque do gerador a motor
sozinho (até atingir a respectiva velocidade nominal), o arranque de outras cargas
fornecidas pelo gerador a motor (elevadores, sistemas de ar condicionado) ou a
redução de cargas.
Esta situação pode criar problemas com as UPSs de linha interactiva cuja
frequência de saída é idêntica à da entrada. As variações da frequência do gerador
podem levar a diversas transferências para a potência da bateria (frequência fora
das tolerâncias) e retornos à rede de distribuição de energia eléctrica pública
(quando o inversor tiver estabilizado a frequência, mas o próprio gerador ainda não
estiver estabilizado), resultando nos fenómenos de “hunting” (instabilidade no ponto
de referência da frequência).
Com UPSs de dupla conversão, a regulação da potência de saída pelo inversor
evita este problema.
 As UPSs de dupla conversão são totalmente compatíveis com as flutuações de
frequência dos geradores a motor. Este não é o caso das UPSs de linha interactiva.
Harmónicas
A reactância subtransiente X"d de um gerador é normalmente superior à tensão de
curto-circuito Uscx de um transformador (duas a quatro vezes maior). Quaisquer
correntes harmónicas absorvidas pelo rectificador da UPS poderão ter um impacto
maior na distorção harmónica da tensão nos terminais a montante. Com a
tecnologia do rectificador PFC, a ausência de harmónicas a montante evita este
problema.

Revisão das correntes de pico
No arranque, uma série de cargas provocam grandes correntes de pico (surtos de
comutação, picos de arranque), que podem durar algum tempo.
Para a UPS, estas correntes representam um carga aparente Sa (kVA) que é maior
que a Sn (kVA), que pode ser fornecida em condições estáveis.
O valor de Sa a ter em consideração no dimensionamento da potência da UPS é
calculado com base nestas correntes de pico.
Abaixo encontra indicações sobre estas correntes provocadas por dispositivos de
carga comuns.
Motores
Os motores são geralmente do tipo assíncrono trifásico (95% de todos os motores).
O requisito de potência adicional corresponde à corrente de arranque definida por
(fig. 5.30):
• Id (5 a 8 In, valor rms nominal) para um tempo td (1 a 10 segundos),
• Imax = 8 a 12 In, para 20 a 30 milissegundos.
A potência absorvida que deve ser considerada (ignorando o efeito de pico de Imax)
é:
Sa (kVA) = Un Id 3 durante td.
Transformadores LV/LV
A comutação do transformador produz picos de corrente com amplitudes que são
amortecidas de acordo com uma queda exponencial com uma constante de tempo
(ver fig. 5.31).
• i = I1º pico exp -t/τ em que τ corresponde a alguns ciclos (30 a 300 ms).
• I1º pico = k In (em que k é indicado, geralmente 10 a 20).
Em geral, as indicações incluem o número de ciclos que o fenómeno dura e o valor
dos vários picos como uma percentagem do I1º pico.
O corrente de pico correspondente é normalmente calculada com base em (ver
exemplo):
• Sa (kVA) = Un I1º pico 3 , i.e. Sa (kVA) = k Un In 3 durante o número de ciclos.
• Exemplo de uma corrente de pico amortecida em quatro ciclos com:
1
º
pico (100%): k In (k de 10 a 20),
~º pico 30 %: 0,3 k In,
3º pico 15 %: 0,15 k In,
O total dos valores rms das correntes correspondentes aos vários picos (Ipico / 2 )
(1)
é:
Ink
2
45,1InK
2
)15,03,01(Ink
≈=
++
Isto é basicamente equivalente ao valor do primeiro pico por si só.
(1)
Considerando os picos de corrente como ondas senoidais, tenha em atenção que alguns
fabricantes indicam um valor rms de Ipico / 2.
Cargas do computador
As fontes de alimentação no modo de comutador são cargas não lineares. A
corrente de uma carga monofásica tem uma forma de onda semelhante à
apresentada na figura 5.32. Pode existir um pico durante a primeira metade da onda
de aproximadamente 2 In. Contudo, é geralmente muito inferior do que este e pode
ser ignorado.

Fig. 5.30. Curva do arranque
online directo de um motor
assíncrono trifásico.
Fig. 5.31. Corrente de
comutação do transformador
LV/LV.
Fig. 5.32. Corrente de início de
carga do computador.

Harmónicas
Origem das harmónicas
A utilização crescente de computadores, telecomunicações e dispositivos
electrónicos tem multiplicado o número de cargas não lineares ligadas a sistemas de
alimentação.
Estas aplicações requerem fontes de alimentação no modo de comutador que
transforma a onda senoidal da tensão em sinais periódicos de formas de onda
diferentes. Todos estes sinais periódicos de frequência f são o produto de sinais
sinusoidais sobrepostos com frequências que são múltiplas de f, conhecidas como
harmónicas (ver a secção "Valores harmónicos característicos” que trata do teorema
Fourier abaixo, na página 40). A figura 5.32 ilustra esta situação apresentando a
corrente inicial (a fundamental) e a terceira ordem harmónica.
Esta figura apresenta o que acontece quando
uma terceira ordem harmónica (150/180 Hz) é
sobreposta na frequência fundamental
(50/60 Hz). A frequência do sinal periódico
resultante é a da fundamental, mas a forma de
onda é distorcida.
Fig. 5.33. Exemplo de harmónicas.
A presença crescente de harmónicas é um fenómeno que está relacionado com
todas as instalações eléctricas, comerciais e industrias, bem como residenciais.
Nenhum ambiente eléctrico moderno está isento destas perturbações causadas por
dispositivos tais como PCs, servidores, lâmpadas fluorescentes, ar-condicionados,
controladores de velocidade variável, lâmpadas de descarga, rectificadores, fontes
de alimentação estática, fornos micro-ondas, televisões, lâmpadas de halogénio,
etc. Todas estas cargas são designadas por "não lineares".
Consequências das harmónicas
As harmónicas provocam perturbações, cada vez mais graves, em todos os tipos de
actividades, desde fábricas de componentes electrónicos e sistemas de
processamento de dados a estações de bombeamento, sistemas de
telecomunicação, estúdios de televisão, etc., pois representam uma parte
significativa da corrente absorvida.
Existem três tipos de consequências negativas para os utilizadores:
Impacto na instalação eléctrica
As harmónicas aumentam o valor da corrente rms em relação ao da corrente
sinusoidal nominal. O resultado é o aumento da temperatura (por vezes significativa)
nas linhas, transformadores, condensadores, cabos, etc. Os custos ocultos do
envelhecimento acelerado nestes dispositivos podem ser muito elevados.
Impacto nas aplicações
As correntes harmónicas circulam na fonte e nas impedâncias das linhas, gerando
desta forma harmónicas de tensão que levam à distorção da tensão nos terminais a
montante das cargas não lineares (figura 5.34).
A distorção da tensão de alimentação (THDU a montante – Distorção harmónica
total na tensão) pode provocar perturbações no funcionamento de certos
dispositivos sensíveis ligados a estes terminais.
Além disso, os sistemas TNC onde os condutores N e PE estão combinados para
formar um condutor PEN, as terceiras ordens harmónicas de sequência zero
acumulam-se no condutor neutro. Esta corrente desequilibrada no neutro pode
provocar perturbações nos circuitos que interligam os dispositivos de baixa corrente,
podendo ser necessário o sobredimensionamento do neutro.
Harmónicas

Harmónicas

Harmónicas (Cont.)
Fig. 5.34. A distorção da tensão devido à reinjecção de correntes harmónicas por cargas não
lineares.
Impacto na alimentação eléctrica disponível
As harmónicas representam uma perda de corrente absoluta (até 30% mais de
corrente consumida). O utilizador pode pagar mais por menos alimentação
disponível.
Precauções
Geral
Existem várias soluções tradicionais para limitar as harmónicas:
• Instalação de filtros passivos sintonizados,
• Instalação em paralelo de vários cabos com secções transversais de tamanho
médio,
• Separação de cargas não lineares e cargas sensíveis adjacentes a
transformadores de isolamento.
Contudo, estas soluções têm duas grandes desvantagens:
• A limitação das harmónicas é efectiva apenas na instalação existente (a adição ou
remoção de cargas pode torná-la ineficaz),
• A implementação é difícil em instalações existentes.
Os condicionadores harmónicos activos SineWave (ver capítulo 3) evitam estas
desvantagens. Muito mais eficazes que outras soluções, estes podem ser utilizados
com todos os tipos de carga e podem eliminar selectivamente as harmónicas desde
a 2.ª ordem à 25.ª ordem.
 Eliminação das harmónicas, ver “eliminar correntes harmónicas”
UPSs
• Devido ao rectificador/carregador, uma UPS é uma carga não linear para a
respectiva fonte de alimentação. As UPSs da APC by Schneider Electric oferecem
um controlo perfeito sobre as harmónicas a montante utilizando filtros ou
rectificadores PFC "limpos" (MGE Galaxy PW e 9000).
A montante da UPS, a distorção da tensão total mantém-se dentro dos limites que
são aceitáveis para outros dispositivos ligados aos mesmos terminais.

Harmónicas (Cont.)
Valores de corrente
Expansão harmónica de uma corrente periódica
O teorema de Fourier indica que qualquer função periódica com uma frequência f
pode ser representada como a soma dos termos (séries) composta por:
• um termo sinusoidal com frequência f, denominado a frequência fundamental,
• termos sinusoidais com frequências que são todas múltiplos da frequência
fundamental, ou seja as harmónicas,
• um componente CC, se aplicável.
A aplicação do teorema de Fourier às correntes das cargas não lineares indica que
uma corrente periódica I(t), de qualquer forma à frequência f (50 ou 60 Hz), é a
soma das correntes sinusoidais harmónicas definidas por:
I t IH t IHn n t n
n
( ) sin( ) sin( )= + + +
=
∞
∑1
2
2 1 2ω ϕ ω ϕ
em que
• IH1 corresponde ao valor rms da corrente da fundamental à frequência f (50 ou 60
Hz),
• ω = 2 π f corresponde à frequência angular da fundamental,
• ϕ1 corresponde à deslocação de fase entre a corrente e a tensão da fundamental,
• IHn corresponde ao valor rms da nª harmónica, à frequência nf,
• ϕn
corresponde à deslocação de fase entre a corrente da nª harmónica e a tensão.
É importante avaliar a harmónica (n ≥ 2) em relação à fundamental (n = 1) para
determinar até que grau a função difere da fundamental.
Para isso, os valores abaixo são tidos em consideração.
Conteúdo da harmónica individual da corrente
Este valor expressa o rácio em percentagem entre o valor rms da harmónica em
questão e o da fundamental.
1
n
n
IH
IH
100%Ih =
Todas as harmónicas presentes numa determinada corrente com a indicação da
respectiva importância relativa (valores Ihn) constituem o espectro harmónico da
corrente. Em termos gerais, a influência das ordens acima da 25ª é insignificante.
Distorção harmónica total da corrente
Esta distorção é denominada THDI (Distorção harmónica total em que I corresponde
à corrente). A mesma expressa o rácio entre o valor rms de todas as harmónicas (n
≥ 2) e o valor da fundamental. A THDI também é expressa em termos de
harmónicas individuais.
( )THDI
IH
IH
IH
IH
Ih
n
n n
n
n
n
% %= =





 =
=
∞
=
∞
=
∞∑
∑ ∑100 100
2
2
1 1
2
2
2
2
Nota. Os conteúdos da harmónica são por vezes expressos em relação ao sinal completo Irms
e não em relação à fundamental (documentos IEC). Aqui, utilizamos a definição da CIGREE,
que utiliza a fundamental.
Para os conteúdos da harmónica baixos analisados nas páginas seguintes, as duas definições
produzem resultados praticamente idênticos.
Valor rms de uma corrente com harmónicas
O valor rms de uma corrente alternada com um período T é:
( )I
T
I t dtrms
T
=
∫
1 2
0
Após o cálculo e utilizando a representação harmónica, isto pode ser expresso
como:
I IHrms n
n
=
=
∞
∑ 2
1
em que IHn = valor rms da n
ª
harmónica.
Valores harmónicos
característicos

Harmónicas (Cont.)
O valor rms é também expresso como:
I IH IHrms
n
= +
=
∞
∑1
2 2
2
n ou:
∑
∞
=








+=
2n
2
n
1eff
1IH
IH
1IHI por isso:
I IH Ih IH THDIrms n
n
= + = +
=
∞
∑1
2
2
1
2
1 1
• Ihn = Ihn% / 100 (nível individual expresso como um valor e não como uma
percentagem).
• THDI = THDI% / 100 (distorção expressa como um valor e não como uma
percentagem).
O valor rms da corrente é o valor da fundamental, multiplicado por um coeficiente o
qual se deve às harmónicas e é uma função da distorção.
 Um dos efeitos das harmónicas é, por isso, o aumento do valor rms da corrente, o
que pode levar a um aumento da temperatura e por conseguinte ao
redimensionamento dos condutores. Quanto mais baixa for a distorção, menor será
a necessidade de redimensionamento.
Exemplo
Corrente de entrada de um rectificador trifásico.
Níveis de distorção harmónica
Ih5 = 33%
Ih7 = 2.7%
Ih11 = 7.3%
Ih13 = 1.6%
Ih17 = 2.6%
Ih19 = 1.1%
Ih23 = 1.5%
Ih25 = 1.3%
THDI = 35%
Fig 5.35. Exemplo do espectro de uma corrente harmónica.
( )THDI Ihn
n
% %=
=
∞
∑ 2
2
O valor abaixo da raiz quadrada é:
332
+ 2.7
2
+ 7.3
2
+ 1.6
2
+2.6
2
+ 1.1
2
+ 1.5
2
+1.3
2
= 1164
consequentemente THDI% ≈ 34% e THDI = 0.34.
I IH THDIeff = +1
2
1 = IH1
2
1 0 34+ . = 1.056 x I1
O valor rms desta corrente é portanto 5,6% superior ao valor valor rms da
fundamental, ou seja, à corrente nominal que não contém harmónicas, com um
aumento de temperatura correspondente.
Valores de tensão
Nos terminais de uma carga não linear, através dos quais flui uma corrente CA
distorcida, a tensão é também periódica com uma frequência f e que também é
distorcida no que diz respeito à onda sinusoidal teórica. A relação entre a tensão e a
corrente deixa de ser regulada pela lei linear do Ohm, porque se aplica apenas à
corrente e tensão sinusoidal. Contudo, é possível utilizar uma expansão de Fourier
para a tensão e definir, à semelhança da corrente com os mesmos resultados, os
seguintes valores:
Conteúdo da harmónica individual da tensão
1
n
n
UH
UH
100%Uh =
O espectro harmónico pode também ser calculado em termos de tensão.

Harmónicas (Cont.)
Distorção harmónica total da tensão
( )THDU
UH
UH
UH
UH
Uh
n
n n
n
n
n
% = =





 =
=
∞
=
∞
=
∞∑
∑ ∑100 100
2
2
1 1
2
2
2
2
THDU significa Distorção Harmónica Total, em que U se refere à tensão.
Valor rms de uma tensão com harmónicas
I IHrms n
n
=
=
∞
∑ 2
1
Em que, à semelhança da corrente, pode também ser expressa como:
2
1
2
nrms THDUIHUh1UHU +=+= ∑
∞
=
11
2n
 O valor rms da tensão é o valor da fundamental, multiplicado por coeficiente o
qual se deve às harmónicas.
Valores de potência
Factor de potência na presença de harmónicas
Com base na potência activa nos terminais de uma carga não linear P (kW) e a
aparente potência fornecida S (kVA), o factor de potência é definido por:
)kVA(S
)kW(P
=λ
Este factor de potência não expressa a deslocação de fase entre a tensão e a
corrente, uma vez que não são sinusoidais. Contudo, é possível definir a deslocação
entre a tensão da fundamental e a corrente da fundamental (ambas sinusoidais),
por:
)kVA(S
)KW(P
cos
1
1
1 =ϕ
em que P1 e S1 são a potência activa e reactiva, respectivamente, correspondendo
às fundamentais.
A norma IEC 146-1 define o factor de distorção:
1cosϕ
λ
=ν
Quando não existem harmónicas, este factor é igual a 1 e o factor de potência é
simplesmente o cos ϕ.
Potência na presença de harmónicas
• Nos terminais de uma carga linear trifásica equilibrada, alimentada por uma
tensão fase a fase u(t) e uma corrente I(t), onde a deslocação entre u e i é ϕ, a
potência aparente em kVA, dependendo dos valores rms U e I, é:
3UIS =
A potência activa em kW é: P = S cos ϕ
A potência reactiva em kvar é: Q = S sin ϕ
Em que:
22
QPS +=
• Nos terminais de uma carga não linear, a definição matemática de P é muito
mais complexa porque U e I contêm harmónicas. Contudo, pode ser expressa
simplesmente como:
.P = S λ. (λ = factor de potência)
Se U1 e I1 forem as fundamentais deslocadas por ϕ1, é possível calcular a potência
aparente, activa e reactiva correspondente por:
S U I1 31 1= P1 = S1 cos ϕ1 e Q1 = S1 sin ϕ1. A potência aparente total é:
S P Q D= + +1 12 2 2
em que D corresponde à potência de distorção, devido às harmónicas.

Cargas não lineares e tecnologia PWM
Importância da impedância de saída da UPS
Diagrama equivalente da saída de um inversor
Em relação à carga, um inversor é a fonte perfeita de tensão sinusoidal V0 em série
com uma impedância de saída Zs. A figura 5.36 apresenta o diagrama equivalente
da saída do inversor quando está presente uma carga.
A saída do inversor é uma fonte de tensão
perfeita V0 em série com uma impedância de
saída Zs.
Vc = impedância nos terminais da carga.
Vs = impedância na saída do inversor.
ZL = impedância da linha.
Zc = impedância da carga.
Fig. 5.36. Diagrama equivalente da saída de um inversor.
Efeitos dos diferentes tipos de carga
• Para uma carga linear, as impedâncias Zs, ZL, Zc são consideradas à frequência
angular ω = 2 π f correspondendo à frequência de distribuição (f = 50 ou 60 Hz), o
que dá
V0 = (Zs + ZL + Zc) I
• Para uma carga não linear, as correntes harmónicas absorvidas pela carga fluem
pelas impedâncias. Para a fundamental e cada harmónica individual, os valores rms
da corrente a tensão estão relacionados de forma semelhante e podem ser
expressos como:
- para a fundamental: U1 = (Zs + ZL + Zc) I1
- para cada ordem harmónica k: UK = [Zs(kf) + ZL(kf) + Zc(kf)] IK
Os valores da impedância são considerados à frequência kf da ordem em questão.
A distorção da tensão diminui com os níveis individuais das harmónicas da tensão
UK / U1.
Estes níveis estão relacionados com os das correntes harmónicas IK/ I1 pela
equação:
[Zs(kf) + ZL(kf) + Zc(kf)] / (Zs + ZL + Zc).
 Consequentemente, para um determinado espectro de corrente da carga, os
níveis harmónicos da tensão individual e a distorção total (THDU) diminuem com a
impedância da fonte e dos cabos nas frequências indicadas.
Consequências das cargas não lineares
Para reduzir os efeitos das correntes harmónicas (THDU a B e C), é necessário, o
mais possível:
• reduzir a impedância da linha,
• Assegurar uma impedância baixa da fonte nas diversas frequências harmónicas.
 O comportamento correcto por parte de uma UPS em termos de fornecimento de
cargas não lineares requer uma impedância de saída baixa nas várias frequências
harmónicas.
Abaixo encontra uma apresentação das vantagens da tecnologia de corte PWM
(modulação de largura de impulsos) a este respeito.
Desempenho da carga não
linear das UPSs utilizando
tecnologia PWM

(cont.)
Princípio de funcionamento da UPS
Corte da tensão CC pelo inversor com filtragem
Um inversor é constituído por um conversor que transforma a energia CC fornecida
pelo rectificador/carregador ou pela bateria em energia CA. Por exemplo, numa UPS
monofásica, existem duas maneiras de converter a energia CC, utilizando uma meia
ponte (ver fig. 5.37) ou uma ponte completa (ver fig. 5.38).
A tensão de onda quadrada obtida entre A e B é então filtrada para produzir uma
tensão sinusoidal com um nível baixo de distorção à saída.
Os comutadores representados aqui ilustram para ilustrar o princípio são IGBTs controlados.
Fig. 5.37. Conversor CC/CA de meia ponte. Fig. 5.38. Conversor CC/CA de ponte inteira.
Na prática, os comutadores apresentados nas figuras 5.37 e 5.38 são IGBTs para os
quais é possível controlar os tempos de ligação e encerramento relativos.
Ao controlar os tempos de ligação e encerramento, é possível “distribuir” a tensão
pela onda sinusoidal de referência. Este princípio é conhecido por PWM (modulação
de largura de impulsos). É apresentado de uma maneira simplificada, com cinco
impulsos de onda quadrada, na figura 5.39. A área da onda sinusoidal de tensão é
igual à dos impulsos de onda quadrada utilizada para a gerar. Estas áreas
representam a energia fornecida pelo inversor à carga durante um determinado
tempo, ou seja, VIdt
T
0∫
Quanto maior for a frequência de corte (quanto maior for o número de impulsos de
onda quadrada), melhor será a regulação relacionada com a onda de referência. O
corte também reduz o tamanho do filtro interno necessário para a saída LC (ver fig.
5.40).

(cont.)
Fig. 5.39. Tensão de saída do conversor
CC/CA com cinco impulsos de onda quadrada
por meia onda.
Fig. 5.40. Filtro de saída do inversor.

(cont.)
Inversores PWM
Corte PWM
A técnica de corte PWM (modulação de largura de impulsos) combina corte de alta
frequência (alguns kHz) da tensão CC pelo inversor e regulação da largura de
impulso para a saída do inversor, de acordo com uma onda sinusoidal de
referência.
Esta técnica utiliza IGBTs (transístores bipolares de porta isolada) oferecendo
vantagens em termos de controlo de tensão e tempos de comutação muito curtos.
Devido à alta frequência, o sistema de regulação pode reagir rapidamente (por ex.
333 nanosegundos para uma frequência de 3 kHz) para modificar as larguras de
impulsos num determinado período.
 A comparação com a onda de tensão de referência torna possível manter a
tensão de saída do inversor dentro de tolerâncias de distorção rigorosas, mesmo no
caso de correntes altamente distorcidas.
Diagrama funcional de um inversor PWM
A figura 5.41 apresenta o diagrama funcional de um inversor PWM.
A tensão de saída é comparada continuamente à tensão de referência Vref que é
uma onda sinusoidal com um nível de distorção muito baixo (< 1%).
A diferença na tensão ε é processada por um corrector, de acordo com a função de
transferência C(p), que se destina a assegurar o desempenho e a estabilidade do
controlo.
A tensão do corrector é então amplificada pelo conversor CC/CA e o respectivo
sistema de controlo com um ganho A. A tensão Vm fornecida pelo conversor é
filtrada pelo filtro LC para fornecer a tensão de saída Vs.
Na prática, é necessário ter em conta a impedância do transformador de saída, caso
exista, para obter a indutância L total. A indutância é, frequentemente, integrada no
transformador, razão pela qual a mesma não é incluída nos diagramas.
Fig. 5.41. Diagrama funcional de um inversor PWM.
Impedância de saída de um inversor PWM
É possível representar o conversor CC/CA e o filtro acima como uma impedância
em série Z1 e uma impedância em paralelo Z2 (ver lado esquerdo da fig. 5.42).
O diagrama pode ser modificado para apresentar a impedância de saída Zs.
O diagrama equivalente (lado direito do fig. 42) apresenta:
• V'm = tensão medida sob condições sem carga, ou seja, V'm = Vm
Z
Z Z
2
1 2+
• Zs = impedância medida à saída com V'm em curto-circuito, ou seja:
Zs =
Z Z
Z Z
1 2
1 2+
Fig. 5.42. Diagrama equivalente a um inversor como se fosse visto a partir da saída.

(cont.)
O rácio
Z
Z Z
2
1 2+
é a função de transferência do filtro, observado H(p).
Para simplificar, C(p) x A é substituído por µ(p) que representa a função de
transferência da correcção e da amplificação.
É assim possível substituir a fig. 5.41 pelo diagrama funcional na fig. 5.43.
Fig. 5.43. O diagrama funcional transformado de um inversor de corte PWM equipado com um
sistema de regulação da tensão de saída com frequência de corte modulada.
É possível mostrar que a impedância de saída do inversor Zs, neste caso, é igual a:
Z's ≈
Z1
µ (p)
(para mais informações, consulte o documento Cahier Technique n.º 159 da
Schneider Electric).
Isto significa que na banda de passagem da regulação, a impedância de saída do
inversor é igual à impedância em série do filtro, dividida pelo ganho de correcção e
amplificação.
Dado o ganho elevado na banda de passagem da regulação, a impedância de saída
é significativamente reduzida em comparação com a impedância Z1 de um inversor
sem este tipo de regulação.
Fora da banda de passagem da regulação, a impedância de saída do inversor é
igual à do filtro, mas permanece baixa porque corresponde à impedância de um
condensador de alta-frequência.
Consequentemente, a impedância de saída é uma função da frequência (ver a fig.
5.44).
 A técnica PWM (modulação de largura de impulsos) de frequência livre limita
consideravelmente a impedância de saída.
Impedância de saída das várias fontes
As curvas na figura 5.44 mostram as impedâncias de saída para várias fontes com
potências de saída iguais como uma função da frequência CA. As impedâncias são
desenhadas como uma percentagem da impedância de carga Zc.
• Transformadores e geradores - a curva é uma linha recta que corresponde ao
efeito da indutância L (o termo que se torna rapidamente dominante na reactância
no que respeita a resistência e que aumenta linearmente como uma função da
frequência).
• Inversores modernos que implementam a técnica de corte PWM com frequência
de corte modulada – a todas as frequências harmónicas, o rácio Zs/Zc é:
- inferior à observada para outras fontes,
- baixo e praticamente constante.
Conclusão
O inversor PWM é a fonte que oferece de longe a impedância de saída mais baixa
na presença de harmónicas. É claramente a melhor fonte no mercado em termos da
respectiva amplitude para minimizar a distorção da tensão provocada pelas cargas
não lineares. É cinco a seis vezes melhor que um transformador com uma potência
idêntica.
 A nova geração de UPSs com implementação de IGBTs e a técnica de corte
PWM com modulação de frequência são as melhores fontes de tensão sinusoidal,
independentemente do tipo de corrente absorvida pela carga.
Comparison of different
sources

(cont.)
Fig. 5.44. Impedância de saída de diferentes fontes que dependem da frequência.
Corte de frequência livre
A frequência livre é uma melhoria da técnica PWM.
O corte PWM pode utilizar uma de duas técnicas (fig. 5.45).
Corte com frequência fixa
As frentes do corte ocorrem a intervalos regulares e fixos que correspondem à
frequência de corte durante um período.
A largura dos impulsos (impulsos de onda quadrada) pode ser modulada de acordo
com a referência dentro do intervalo de tempo fixo.
As duas ondas senoidais mostradas no diagrama correspondem à tolerância (< 1%)
em torno da onda senoidal de referência.
As frentes de corte não ocorrem necessariamente a intervalos fixos. O corte adapta-
se aos requisitos da regulação, ou seja, a taxa de alteração da referência. A largura
das frentes de comutação diminui (a frequência de corte aumenta) à medida que a
taxa de alteração do onda senoidal de referência aumenta. Por outro lado, a largura
das frentes de comutação aumenta (a frequência de corte diminui) à medida que a
taxa de alteração da referência diminui. No conjunto, a frequência de corte média é
a mesma que a da técnica de frequência fixa (aproximadamente 3 kHz). Mas a
regulação é melhor porque a comutação acelera nas zonas onda a taxa de
alteração é alta (ver fig. 5.46).
Pode atingir oito comutações por milissegundo, ou seja, um tempo de regulação tão
baixo como 125 nanosegundos (em comparação com 300 ns da técnica de
frequência fixa).
 A técnica de frequência livre aumenta a precisão da regulação da tensão em
inversores PWM em comparação com a técnica de frequência fixa.

(cont.)
A frequência de corte é fixa.
A modulação ocorre a intervalos fixos,
independentemente da taxa de alteração da
onda senoidal de referência.
A frequência de corte livre aumenta nos casos
em que a taxa de alteração da referência é
alta.
Assim, a modulação ocorre a intervalos mais
curtos quando a taxa de alteração da onda
senoidal de referência aumenta.
Frequência fixa. Frequência livre.
Fig. 5.45. Corte PWM com regulação de frequência fixa e frequência livre.
Free-frequency
switching
Quality
band with
variations
< 1%
Output voltage
curve
Up to 8 commutations
per millisecond
Fig. 5.46. Regulação utilizando comutação de frequência livre.

PC by Schneider Electric 01/2012 edition p. 87
Rectificadores PFC
Rectificadores padrão e PFC
As unidades UPS absorvem potência do sistema de distribuição de CA através de
um rectificador/carregador. Em relação ao sistema a montante, o rectificador é uma
carga não linear que absorve harmónicas. No que diz respeito às harmónicas,
existem dois tipos de rectificadores.
Rectificadores padrão
Estes rectificadores são trifásicos e incluem SCRs e utilizam uma ponte hexafásica
com corte padrão da corrente.
Este tipo de ponte transporta correntes com ordens de n = 6 k ± 1 (em que k é um
número inteiro), principalmente H5 e H7 e para um grau menor H11 e H13.
O controlo das harmónicas é feito através da utilização de um filtro.
Rectificador PFC (Correcção do factor de potência) “limpo”
Este tipo de rectificador inclui IGBTs incorporados e um sistema de regulação que
ajusta a corrente e a tensão de entrada para uma onda senoidal de referência. Esta
técnica garante uma tensão de entrada e uma corrente que são:
• perfeitamente sinusoidais, ou seja, livres de harmónicas,
• em fase, ou seja, um factor de potência de entrada próximo de 1.
Com este tipo de rectificador, não são necessários filtros.
Rectificadores PFC
O princípio adjacente aos rectificadores PFC consiste em forçar a corrente
absorvida para se manter sinusoidal. Para isso, os mesmos utilizam a técnica PWM
acima apresentada.
O princípio é o de um conversor de "fonte de tensão" (ver fig. 5.47), ao passo que
um regulador harmónico activo SineWave utiliza um conversor de "fonte de
corrente".
O conversor actua como uma força contra-electromotriz (um "gerador de tensão
sinusoidal") no sistema de distribuição e a corrente sinusoidal é obtida inserindo um
indutor entre a energia da rede de distribuição de energia eléctrica pública e a fonte
de tensão.
Mesmo que outras cargas não lineares aumentem a distorção da tensão no sistema
de distribuição, a regulação pode adaptar-se para absorver uma corrente sinusoidal.
A frequência de correntes harmónicas residuais baixas é a frequência da modulação
e dos respectivos múltiplos. A frequência depende das possibilidades dos
semicondutores utilizados.
Fig. 5.47. Princípio de funcionamento de um conversor "gerador de tensão" limpo.
Implementação
Rectificador monofásico
A figura 5.48 mostra o funcionamento de um rectificador monofásico.
A modulação da tensão é obtida por um controlador que força a corrente a seguir a
referência da corrente sinusoidal.
O transístor T e o díodo D constituem o modulador de tensão. A tensão u muda
assim entre 0 e Vs, consoante o transístor T esteja ligado ou desligado.
Quando o transístor T conduz, a corrente no indutor L pode apenas aumentar dado
que a tensão é positiva e u = 0.
Deste modo:

Rectificadores PFC
di
dt
e
L
= > 0

Rectificadores PFC (Cont.)
Quando o transístor T está desligado, a corrente em L diminui, desde que Vs seja
superior a V, assim:
di
dt
e Vs
L
=
−
> 0
Para que esta condição seja satisfeita, a tensão Vs tem de ser superior à tensão de
pico de V, ou seja, o valor rms da tensão CA multiplicado por 2
Se esta condição for satisfeita, a corrente em L pode ser aumentada ou reduzida em
qualquer altura. A variação da corrente em L com o tempo pode ser forçada através
da monitorização dos respectivos tempos de ligação e encerramento do transístor T.
A figura 5.49 mostra a evolução da corrente IL em relação a um valor de referência.
Do ponto de vista da fonte, o conversor tem
de actuar como uma resistência, ou seja, a
corrente i tem se sinusoidal e em fase com e
(cos ϕ = 1).
Ao controlar o transístor T, o controlador força
IL a seguir uma referência da corrente
sinusoidal com rectificação da onda completa.
A forma de I é assim necessariamente
sinusoidal e em fase com e.
Além disso, para manter a voltagem Vs no
respectivo valor nominal à saída, o controlador
ajusta o valor médio de IL.
Fig. 5.48. Diagrama rectificador monofásico limpo absorvendo um sinal sinusoidal.
Fig. 5.49. Evolução da corrente IL em relação à referência.

Rectificador/carregador trifásico
A disposição do circuito básico é apresentada na fig. 5.50. É semelhante ao da fig.
5.48, com o indutor situado a montante dos rectificadores, o princípio de
funcionamento é também o mesmo. O sistema de monitorização controla cada
potência e força a corrente absorvida em cada fase a seguir a referência sinusoidal.
Fig. 5.50. Diagrama de um rectificador trifásico limpo absorvendo um sinal sinusoidal.

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