Glosario de tecnologías de acondicionamiento de energía

Se ofrecen muchos productos para abordar los problemas de calidad de la energía. Algunos dispositivos, como los pararrayos, son muy buenos para brindar protección contra un problema específico, mientras que dispositivos como los acondicionadores de energía pueden brindar protección contra una amplia variedad de problemas. A continuación se ofrece una breve descripción general de muchos de los productos más comunes utilizados para la protección de la calidad de la energía.

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Autotransformador

Los autotransformadores, a diferencia de un transformador de aislamiento, tienen las bobinas primaria y secundaria integradas en un núcleo común y no ofrecen prácticamente nada en términos de acondicionamiento de energía a menos que se integren en un regulador de voltaje o acondicionador de energía. Son un medio económico para cambiar un voltaje a otro (por ejemplo, convertir 208V a 120V).

Batería de reserva)

Una batería es un dispositivo de almacenamiento de energía. El corazón del UPS es su batería o baterías. Las baterías son de tipo seco (selladas) de plomo-ácido y de tipo húmedo (abiertas) de plomo-ácido o de níquel-cadmio. Todas las baterías tienen una vida finita (ciclos de descarga/recarga) que son análogas a una barra de pan. El pan se puede cortar en muchas rebanadas finas (descarga moderada) o en menos rebanadas más gruesas (descarga profunda). Las baterías en los dispositivos de acondicionamiento de energía brindan respaldo eléctrico en caso de una interrupción, sin embargo, tienen un costo relativamente alto, una capacidad de tiempo de corrección limitada y una vida útil corta.

Transformador reductor-elevador

Por lo general, un pequeño transformador de tipo seco con un primario de doble voltaje y un secundario de doble voltaje. El voltaje de salida puede reducirse (disminuirse) o aumentarse (aumentarse) entre un 5 y un 20 % desactivando el sistema y cambiando manualmente el cableado interno de la unidad. Estas unidades son buenas para ajustar los niveles de voltaje de salida cuando el voltaje de entrada permanece bastante constante. Al no tener capacidades de ajuste automático de voltaje, los transformadores reductores-elevadores no ofrecen la capacidad de corregir problemas de calidad de energía, aparte de las fluctuaciones de voltaje estacionales.

Transformador de voltaje constante (CVT) - Ver Transformador ferroresonante

Cambiador de tomas electrónico

También conocidos como conmutadores de tomas electrónicos, los cambiadores de tomas electrónicas tienen todas las tomas de un aislamiento o autotransformador conectadas a la salida a través de SCR (rectificador controlado de silicio) que actúan como interruptores, de modo que solo una toma está conectada a la salida en un momento dado. Los sensores de voltaje entrante alimentan información a un microprocesador que controla los SCR para controlar el voltaje de salida.

También conocidas como reguladores de voltaje electrónicos o acondicionadores de energía, estas unidades ofrecen una corrección de voltaje muy rápida porque no tienen partes móviles y pueden saltar de un grifo a otro de forma no secuencial. Debido a los SCR y los controles electrónicos, estas unidades, algunas versiones de estas unidades pueden tener limitaciones en la capacidad de sobrecarga y el factor de potencia.

Transformador ferroresonante

El "ferro" o CVT funciona al tener una parte de su núcleo en condición de saturación. Los transformadores crean un campo magnético, o flujo, que es función del voltaje aplicado. En gran medida, el flujo magnético es más o menos proporcional al voltaje, excepto en los extremos de alto o bajo voltaje. En estos extremos, un cambio relativamente grande en el voltaje dará como resultado un pequeño cambio en el flujo magnético, describiéndose el extremo de alto voltaje como la región de "saturación". Una analogía sería la de tener un tanque de agua muy grande con una pequeña tubería de salida en la parte inferior. A medida que cambia el flujo de agua hacia el tanque, el flujo de agua que sale de la tubería pequeña permanece bastante constante debido al gran volumen de agua en el tanque.

La mayoría de ferros se utilizan en aplicaciones por debajo de 1,5 kVA, aunque existen modelos hasta 25 kVA.

Los ferros pueden proporcionar una buena atenuación del ruido y son muy fiables. En el lado negativo, los ferros pueden agregar una distorsión armónica significativa, tener un problema grave con altas corrientes de entrada (>170%), tener una eficiencia muy baja a menos de la carga completa y tienden a ser muy calientes y ruidosos durante la operación.

Filtrado de armónicos

El filtrado de armónicos es la eliminación de armónicos de la energía entrante. Los filtros pasivos están diseñados (sintonizados) para eliminar armónicos de frecuencia y amplitud específicas, pero brindarán poca protección si las características del armónico cambian. Los filtros activos (compensadores) analizan la potencia entrante en busca de desviaciones de la forma de onda deseada. Cuando se detecta un armónico, la unidad superpone una señal sobre la forma de onda que es la opuesta al armónico que luego cancela el armónico. Los filtros pasivos son relativamente económicos pero tienen un uso limitado. Los filtros activos son caros y se utilizan en circunstancias especiales en las que los armónicos se han convertido en un problema. En la mayoría de los casos, los armónicos se reducen a niveles tolerables mediante transformadores de aislamiento u otros dispositivos de acondicionamiento de energía.

Inversor

Un dispositivo que convierte la corriente continua en corriente alterna. Un componente básico del UPS y algunos otros acondicionadores de energía. En sí mismo, un inversor no tiene capacidad de acondicionamiento de energía.

Transformador de aislamiento

Un transformador enrollado de manera que cada devanado esté eléctricamente aislado de los demás, por ejemplo, la corriente no pasará de un devanado al otro por conducción. Este aislamiento sirve para reducir los transitorios menores y el ruido en la entrada para que no se transmita a la salida. Los transformadores de aislamiento a menudo están equipados con blindaje entre el primario y el secundario para suprimir aún más el ruido y los transitorios. Estas unidades se utilizan principalmente para aumentar o reducir el voltaje y ofrecen cierta protección contra el ruido, pero poco más en cuanto al acondicionamiento de energía.

acondicionador de línea

El término "acondicionador de línea" se usa más comúnmente para referirse a un regulador de voltaje o acondicionador de energía que se usa en aplicaciones de audio, video, gráficos e informática. Si bien un acondicionador de línea generalmente tiene el mismo propósito que un acondicionador de potencia, tienden a ser para aplicaciones en clasificaciones de KVA relativamente más pequeñas.

Aislamiento de línea

Aislamiento entre los lados primario y secundario de un transformador de aislamiento.

Cambiador de tomas mecánico

Los cambiadores de tomas mecánicos usan un motor para impulsar componentes mecánicos para cambiar tomas o alterar la relación de vueltas. Generalmente, el motor mueve un conjunto de escobillas o contactores de una posición a otra para conectar físicamente cada llave.

Los cambiadores de tomas mecánicos pueden lograr una regulación de voltaje de salida muy precisa (< 1 %) y son relativamente económicos. Por otro lado, este tipo de unidades son muy lentas para hacer grandes correcciones de voltaje debido a las limitaciones mecánicas y la necesidad de cambiar las tomas secuencialmente. Los dispositivos electrónicos modernos tienden a requerir tiempos de corrección mucho más cortos que los que pueden proporcionar los cambiadores de tomas mecánicos.

Acondicionador de energía

El término "acondicionador de energía" en el uso común se refiere a un regulador de voltaje que tiene capacidades distintas a la simple regulación de voltaje. Con frecuencia, los acondicionadores de energía también brindan diversos grados de aislamiento de línea, atenuación de ruido, supresión de sobretensiones, filtrado de armónicos, equilibrio de fase, etc.

Primario secundario

Primario se refiere a la entrada de un transformador y secundario se refiere a la salida.

Rectificador

Rango de entrada

Un dispositivo que convierte la energía de CA en energía de CC. Un componente básico del UPS y algunos otros acondicionadores de energía. En sí mismo, un rectificador no tiene capacidad de acondicionamiento de energía.

Paseo a través de Sag

Los productos de suspensión pasante son dispositivos diseñados para contrarrestar las caídas eléctricas (pasajeros). Las tecnologías para lograr esto se pueden dividir en tipo de almacenamiento de energía y tipo de almacenamiento no energético.

Los dispositivos del tipo de almacenamiento de energía almacenan energía eléctrica o mecánicamente y descargan esta energía para impulsar o aumentar completamente el voltaje cuando ocurre una caída. Este tipo de dispositivos almacenan energía en condensadores, baterías o masas giratorias. Estos tipos de dispositivos son costosos y tienen limitaciones sobre cuánto tiempo o frecuencia pueden corregir las caídas.

Los dispositivos de tipo de almacenamiento que no son de energía extraen corriente adicional del sistema, incluso a voltajes extremadamente bajos, para sintetizar el voltaje necesario para contrarrestar una caída. Estos tipos de dispositivos son sustancialmente menos costosos y algunos pueden proporcionar la corrección del pandeo sin limitaciones de tiempo o frecuencia de ocurrencia.

Pararrayos (supresor)

Los pararrayos son generalmente varistores de óxido de metal (MOV) que recortan (truncan) los voltajes por encima de un umbral predeterminado. Esencialmente una resistencia no lineal, el pararrayos se coloca entre una fase y tierra. A niveles normales de tensión, la resistencia del pararrayos es muy alta, de modo que la corriente a tierra es insignificante. A niveles de voltaje por encima del umbral, la resistencia del pararrayos se vuelve tan baja que crea efectivamente un cortocircuito, desviando así la potencia dañina de la sobretensión a tierra. Los pararrayos brindan una protección valiosa contra niveles de voltaje peligrosos.

Cambio de toque

El proceso de cambiar las tomas de un transformador para ajustar el voltaje de salida.

Para cambiar las tomas en un transformador típico, la unidad debe estar desenergizada y aislada, la unidad abierta y el cableado o cable movido físicamente de un juego de tomas a otro juego de tomas. Las unidades se conocen como cambiadores de tomas sin carga.

Las unidades que pueden cambiar tomas mientras mantienen la potencia de una carga se conocen como cambiadores de tomas en línea o en carga. Por lo general, se trata de unidades mecánicas o electrónicas.

Grifos

La función normal de un transformador es cambiar un nivel de voltaje de entrada a un nivel de voltaje de salida diferente, por ejemplo, 480v a 208v. La relación de transformación de voltaje está determinada por el número de "vueltas" en los lados primario y secundario del transformador (relación de vueltas). Debido a que los voltajes exactos en cualquier aplicación dada pueden variar, los transformadores con frecuencia cuentan con "tomas" que permiten ajustar la relación de transformación. Un grifo es simplemente una conexión eléctrica a una bobina de transformador. Al tener derivaciones por encima y por debajo del número nominal de vueltas para una bobina dada, la relación de vueltas se puede alterar y cambiar el voltaje de salida. Con dos tomas de 2,5 % por encima y dos por debajo de la relación de vueltas nominal, el voltaje de salida se puede ajustar hasta en un ±5 %.

TVSS

Supresor de sobretensiones transitorias. Ver pararrayos.

Sistema de alimentación ininterrumpida - SAI

Para aplicaciones monofásicas pequeñas, la fuente de alimentación ininterrumpida (UPS) suele ser el acondicionador de energía de elección. El UPS puede proporcionar acondicionamiento de energía, así como respaldo de batería en caso de una interrupción de energía. Esto permite tiempo para superar la interrupción o para el respaldo o apagado seguro de los sistemas. El UPS debe dimensionarse para la corriente máxima requerida por los dispositivos aguas abajo y luego para el período de tiempo que se requiere corriente de carga completa para la operación o apagado del sistema. El tamaño físico y el costo del UPS crecen rápidamente a medida que aumentan el tamaño de la carga y el "tiempo de batería". En aplicaciones trifásicas grandes, el UPS puede crecer hasta convertirse en unidades del tamaño de una habitación que requieren sistemas sofisticados de mantenimiento y monitoreo para prolongar la vida útil de las baterías. El reemplazo de la batería en un UPS puede requerirse en tan solo 2 años, puede representar hasta el 65% del costo inicial de la unidad y, según el tipo de batería, puede requerir una eliminación especial de las baterías viejas.

Los UPS vienen en cuatro versiones básicas: el standby (o fuera de línea), el interactivo en línea, el ferroresonante y el de doble conversión.

El SAI de reserva solo ofrece protección en caso de una caída prolongada o una interrupción. En su modo normal, la batería y el inversor del SAI de reserva están apagados y los dispositivos aguas abajo funcionan con alimentación de línea no condicionada. Cuando ocurre una caída o una interrupción, un interruptor mecánico enciende el UPS para que pueda proporcionar energía a los dispositivos aguas abajo. Una vez que se borra el evento, el UPS vuelve a su modo de carga en espera. Muchos UPS de reserva también incorporan protección contra sobretensiones. Estos tipos de unidades se utilizan con mayor frecuencia para proteger dispositivos individuales como estaciones de trabajo.

La línea interactiva funciona de la misma manera que el SAI de reserva, pero agrega la capacidad de proporcionar cierto grado de regulación de voltaje (reductor-elevador) de la alimentación de línea para los dispositivos aguas abajo.

El SAI ferroresonante reemplaza la parte reductora-elevadora del SAI interactivo de línea con un transformador ferroresonante para proporcionar un mayor grado de acondicionamiento de la potencia de la línea para los dispositivos aguas abajo.

El UPS de doble conversión proporciona el grado más alto de acondicionamiento de energía de cualquier UPS. Mientras que los tres tipos anteriores de UPS solo utilizan las baterías y el inversor en caso de caída o interrupción, el UPS de doble conversión utiliza dos inversores. Este UPS toma la alimentación de CA entrante, la convierte en CC y luego la vuelve a convertir en alimentación de CA. En caso de caída o interrupción, el inversor de salida utiliza la energía de la batería de CC para alimentar la carga. La conversión doble, con el respaldo proporcionado por las baterías, puede eliminar muchos problemas de calidad de la energía; sin embargo, esta capacidad tiene un costo inicial, un costo operativo y un costo de mantenimiento altos.

Regulacion de voltaje

Una de las funciones principales de los reguladores de voltaje y acondicionadores de energía es mantener el nivel de voltaje visto por los dispositivos aguas abajo dentro de un cierto conjunto de límites. Por lo general, las unidades especificarán "regulación de entrada" o "rango de entrada" y "regulación de salida". Por ejemplo, una unidad puede tener un rango de entrada de +10 %/-25 % y una regulación de ±5 %. Esto significa que si el voltaje de entrada está dentro del voltaje nominal más el 10 % y el voltaje nominal menos el 25 %, entonces la unidad regulará el voltaje de salida dentro del voltaje nominal más o menos el 5 %. Si el voltaje nominal es de 480 voltios, mientras que el voltaje de entrada no sea superior a 528 voltios ni inferior a 360 voltios, el voltaje de salida estará entre 504 y 456 voltios. Tanto el rango de entrada como la regulación variarán según el fabricante, la tecnología y el rango de precios. Los rangos de entrada grandes y los rangos de regulación pequeños tienden a tener etiquetas de precio más altas y viceversa. La mayoría de las aplicaciones se pueden satisfacer con una regulación de ±3 a 5%.

Los reguladores de voltaje de cambio de toma mecánico con frecuencia ofrecen una regulación de salida en el rango de ±1/2 a 1%, sin embargo, estos tipos de unidades tienen un tiempo de respuesta significativamente más lento que otras tecnologías.

Regulador de voltaje

Un regulador de voltaje, como su nombre lo indica, regula el voltaje. El voltaje de entrada al regulador se ajusta de manera que el nivel de voltaje de salida caiga dentro de un cierto rango.

Estabilizador de voltaje

El equivalente británico del regulador de voltaje.