MANUTENÇÃO DE

PERIFÉRICOS

NObreaks

Aula 07

Nobreak

No-break – parte 1

No-break – parte 2

Bateria.

- A capacidade expressada em ampère-hora;

-corrente elétrica,

-duração da corrente,

-tensão terminal permissível da bateria,

- temperatura;

-eletrólito;

-eletrodo da bateria.

- Vida útil das baterias

-média 2 após 5 anos (perde totalmente suacapacidade de recarga.)

Bateria

- Autonomia

- Autonomia é o tempo que a bateriada fonte consegue fornecer energiapara o computador depois de um cortedo fornecimento através da redeelétrica.

- Quanto mais equipamentosconectados menor será a autonomia.

Bateria

Um exemplo de bateria é a de Níquel-Cádmio. Ela é constituída de eletrodode chumbo e seu eletrólito é de ácidosulfúrico. Os elementos químicosbásicos são: níquel, cádmio ehidróxido de potássio. As bateriasmodernas usam uma variedade dereações químicas para fornecerenergia.

Tipos de bateria

- bateria de zinco-carbono - também conhecidacomo bateria standard de carbono, a química dozinco-carbono é usada em todas as bateriasbaratas do tipo A, C e D.

Os eletrodos são o zinco e o carbono com uma pastaácida entre eles para servir de eletrólito;

- baterias alcalinas - usadas pelas bateriascomuns da Duracell e da Energizer, os eletrodossão o zinco e o óxido de manganês com umeletrólito alcalino;

- baterias de lítio - lítio, iodeto de lítio e iodetode chumbo são usados em câmaras digitais porcausa da sua capacidade de fornecer aumento deenergia;

Tipos de bateria

- baterias de chumbo-ácido - usadas emautomóveis, os eletrodos são feitos de chumbo eóxido de chumbo com um eletrólito de ácidoforte (recarregável);

- baterias de níquel-cádmio - os eletrodos sãoo hidróxido de níquel e o cádmio com umeletrólito de hidróxido de potássio(recarregável);

- baterias de níquel-metal hidreto - estabateria está rapidamente substituindo abateria de níquel-cádmio, pois ela não sofredo efeito memória que acontece nas bateriasde níquel-cádmio (recarregáveis);

Tipos de bateria

- bateria de lítio-íon - com uma relação muitoboa de peso-potência, ela é geralmenteencontrada em computadores laptop e telefonescelulares de ponta (recarregável);

- bateria de zinco-ar - esta bateria é leve erecarregável;

- bateria de zinco-óxido de mercúrio -geralmente usada em aparelhos auditivos;

- bateria de prata-zinco - usada em aplicaçõesaeronáuticas por sua boa relação peso-energia;

- bateria de metal-cloreto - usada em veículoselétricos.

Longa Duração:

Autonomia mínima de 3 horas, típica de 8 horas.

Aplicação em sistemas de Telecomunicações.

Uso Geral:

Usadas em UPS, quando autonomia é da ordem de 1 a 3 horas.

Aplicações em sistemas de controle e comutação.

Curta Duração:

Aplicações necessitando de potência elevada em um curto intervalo detempo.

Em UPS, com autonomia da ordem de 15 minutos.

Placas mais finas.

Densidade do eletrólito mais elevada.

Em resumo:

Química da Bateria:

Placa Positiva: Dióxido de Chumbo – PbO2

Placa Negativa: Chumbo Esponjoso – Pb

Eletrólito: Solução de ácido Sulfúrico – H2SO4

Densidade específica do eletrólito mais elevada, entre1,25g/cm3 e 1,3g/cm3, aumentando a capacidade Ah dabateria às custas da redução da vida útil.

Tensão de Flutuação mais elevada para compensar asperdas internas mais elevada.

OHPbSOSOHPbPbO 2442 222Descarga

Carga

Baterias Chumbo-ácidas

Tipos de baterias chumbo-ácidas:

Ventilada (“vented cells” ou “flooded cells”):

Placas mergulhadas no eletrólito;

Mecanismo permite o escape dos gases produzidos durante o processo de carga(hidrogênio e oxigênio), com consequente perda do eletrólito.

Regulada por Válvula (VRLA):

Possuem válvula reguladora da pressão interna que alivia o excesso de hidrogênioproduzido durante o processo de carga e impede que o oxigênio da atmosfera afete areação química, prejudicando o rendimento e vida útil da bateria.

Os gases produzidos durante os ciclos de carga e descarga são recombinados no interior dabateria e retornam para a composição do eletrólito. A baixa quantidade de gás liberado atorna vantajosa para aplicações em UPS.

Baterias Chumbo-ácidas

Regulada por Válvula (VRLA):

Eletrólito absorvido (AGM-Absorvent Glass Material):

Eletrólito impregnado em mantas de fibra de vidro microporosa, que isola as placapositivas das negativas.

A manta distribui uniformemente o eletrólito e o mantém em contato com omaterial ativo das placa.

Apresentam uma baixa resistência interna e são adequadas para UPS quenecessitam de correntes elevadas em um curto intervalo de tempo.

Eletrólito gelificado:

Processo construtivo similar ao das baterias ventiladas.

O eletrólito é combinado com dióxido de sílica formando um composto na formade gel.

Apresentam uma resistência interna mais elevada e são mais indicadas paraaplicações requerendo um grande tempo de descarga.

Baterias Chumbo-ácidas

Mecanismos de Falha

Alta Impedância:

Corrosão das placas;

Mau contato do material ativas das placas;

Baixa Densidade Específica do Eletrólito.

Baixa Impedância:

Curto-circuito entre placas.

Deterioração da capacidade:

Ciclos de descarga profunda;

Temperatura Elevada;

Redução do Eletrólito;

Número Elevados de ciclos de carga-descarga.

Baterias Chumbo-ácidas

Baterias Chumbo-ácidas

Efeitos da Temperatura

A corrente de carga e a corrosão da grade da placa positiva aumentam exponencialmentecom o aumento da temperatura do eletrólito.

Operação prolongada em níveis elevados de temperatura diminui a vida útil da bateria.

Operação da bateria em baixa temperatura aumenta a vida útil, mas reduz a capacidadedisponível.

Ondulação da corrente circulando pela bateria e a ondulação da tensão nos terminais dabateria provocam um aumento da temperatura de operação da bateria.

Química da Bateria:

Placa Positiva: hidrato de níquel - NiOOH

Placa Negativa: cadmio esponjoso - Cd

Eletrólito: Solução aquosa de Hidróxido de Potássio – KOH

Densidade específica do eletrólito entre 1,16g/cm3 e 1,25g/cm3 eindepende do estado de carga da bateria. O eletrólito não participada reação, apenas facilita a transferência de íons entre as placa.

As baterias são do tipo ventilada. As baterias seladas são de baixacapacidade e utilizadas em equipamentos portáteis.

222 )()(222Carga

Descarga

OHCdOHNiOHCdNiOOH

Baterias Níquel-Cadmio

Mecanismos de Falha

A deterioração ocorre por alterações nos materiais ativos.

Não há corrosão da estrutura mecânica das placas e assim não há o

risco da redução do desempenho ou da perda súbita da capacidade

(Ah) da bateria.

A degradação da capacidade (Ah) é contínua no tempo.

As baterias de NiCd podem tolerar ciclos de carga e descarga leves

ou descargas profundas com freqüência, sem sofrer danos.

As baterias de NiCd são menos afetadas pela temperatura do que as

baterias chumbo ácidas. Por exemplo, uma bateria de NiCd submetida

a temperatura de 32C terá a sua vida útil diminuída de cerca de 20%

enquanto que a redução na bateria chumbo ácida será de 50%.

Baterias Níquel-Cadmio

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

Tempo (h)

Co

rre

nte

%C

(Ah

)

0

1

2

3

Te

ns

ão

po

r e

lem

en

to

Corrente

Tensão

Carga da bateria a tensão constante, com limitação de corrente:

1) Etapa de carga a corrente constante;

2) Etapa de carga a tensão constante e igual ao valor da tensão de

Equalização;

3) A bateria está carregada. A partir deste ponto a tensão na bateria é mantida

no valor da tensão de Flutuação.

Estratégias para a Carga de Baterias

Banco de baterias

Retificadores

A retificação é o processo de convertertensão e corrente alternadas em tensãoe corrente contínuas.

-não-controlado (usa apenas diodos comoelemento de retificação);

-controlado (através de dispositivos dechaveamento de estado sólido);

-monofásico

-trifásico.

Retificadores monofásicosmeia onda

Transforma potência AC em DCatravés da retificação de apenas umsemiciclo (positivo ou negativo) com autilização de um diodo. Esse tipo deretificador apresenta grandeondulação. Os valores de interesseneste circuito são os valores médios,eficazes (rms), rendimento e etc...

𝑉𝑜 =𝑉𝑚𝜋

𝑒 𝐼𝑜 =𝐼𝑚𝜋

𝑉0 𝑅𝑀𝑆 =𝑉𝑚2

Retificador monofásicoonda completa

São retificadores que utilizam doisdiodos para retificar os dois semiciclos.Eles são mais utilizados que oretificador de meia onda, pois nessecaso, sua eficiência e sua tensão médiasão maiores como veremos nas equaçõesabaixo. 𝑉𝑜 =

2𝑉𝑚𝜋

𝑒 𝐼𝑜 =2𝐼𝑚𝜋

𝑉𝑜(𝑅𝑀𝑆) =𝑉𝑚

2𝑒 𝐼𝑜(𝑅𝑀𝑆) =

𝐼𝑚

2

Ponte de diodos

Os retificadores de onda completapodem ser montados com uma ponte dediodos (quatro diodos).

𝑉𝑜 =2𝑉𝑚𝜋

𝑒 𝐼𝑜 =2𝐼𝑚𝜋

𝑉𝑜(𝑅𝑀𝑆) =𝑉𝑚

2𝑒 𝐼𝑜(𝑅𝑀𝑆) =

𝐼𝑚

2

Retificador monofásico controlado

-Um retificador monofásico controlado éobtido substituindo os diodos por SCRs(Retificadores Controlados de Silício).

-Um retificador controlado produz umatensão de saída DC variável, cuja amplitudeé obtida por meio de controle de fase, isto é,com o domínio do período de condução,variando o ponto no qual um sinal naporta do SCR é aplicado.

-Os retificadores controlados, ou conversores,

-Controlado,

-semicontrolado,

-meia onda ou onda completa.

Retificador monofásico controlado

É uma aplicação típica dos tiristores, onde otiristor conduz somente após a aplicação deum pulso no gatilho e para de conduzir porcomutação natural ou de linha.

Se a carga for muito indutiva o tiristorprecisará de comutação forçada. Estesretificadores são simples e têm umaeficiência de 95%. Os mesmos tambémpodem ser chamados de conversores CA-CC,sendo usados para controlar a velocidadeem máquinas CC de poucos HP até MW.

Não controlado X controlado

Retificador monofásico controlado com tap central.

Controla fase positiva e negativa o que aumenta a tensão

Dc e diminui a ondulação;

Retificador monofásico controlado

Retificador semi-controladomonofásico

D2

T2

DRL

D1

T1

T2 D2

D1T1 Baixo Custo

Não permite inversão

do fluxo de energia

Baixo Fator de Potência

Taxa de Distorção Harmônica da

Corrente de Entrada elevadaDiodo de retorno: Corta a porção negativa de saída

instantânea e ameniza a ondulação da corrente de saída.

Os SCRs são disparados aos pares, com um ângulo de retardo igual a alfa.

0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06 0.0650

50

100

150

200Tensao e corrente de saida

Tempo(s)

π

θ)(VmVcos1

0

π

θ)(ImIcos1

0

Retificador semi-controladomonofásico

0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06 0.065-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200Tensao e corrente de entrada

Tempo(s)Fator de potência depende do ângulo de disparo e da THD da corrente de

entrada

Retificador totalmente controlado

- Comutado naturalmente pela rede;

- Potência até 15Kw.

Retificador controlado monofásico

T2 T3

T4T1

Baixo Fator de Potência

Taxa de Distorção Harmônica da

Corrente de Entrada elevada

Baixo Custo

Permite inversão do

fluxo de energia:

INVERSOR NÃO

AUTÔNOMO

π

θVmVcos2

0

Retificador controlado monofásico Modo retificador

0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06 0.065-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200Tensao e corrente de saida

Tempo(s)π

θVmVcos2

0

1. Introdução de “Notches” na tensão de

entrada

2. Redução da Tensão de saída:

ILo aV 2

T1La

T4

T2 T3

Retificador controlado monofásico Efeito da Comutação

IL2V a

o

Retificadores trifásico

- Os retificadores trifásicos, por outro lado,propiciam uma saída DC com menosondulações, o que facilita a filtragem nasaída .

Os retificadores trifásicos têm as seguintesvantagens em relação aos monofásicos:

- tensão de saída mais alta para umadeterminada tensão de entrada;

- amplitude mais baixa de ondulação;

- frequência de ondulação mais alta, o quesimplifica a filtragem;

- eficiência total mais alta.

Retificadores trifásicos

-Os retificadores trifásicos utilizam 3,6 ou 12 diodos. Quanto mais diodosmenor o custo e os valores nominaisdos dispositivos

-não controlados,

-controlados,

-meia onda,

-onda completa.

Retificadores trifásicos

D3

0

D3

T2

D1

T1

D2

T3

T4

0

T1

T2

T5T3

T6

Retificador trifásico controlado 12 pulsos

T2

0

T3

T4T2

T1

T5

T6

T3

T6

T5

T4

T1

Retificadores trifásicos

Retificador trifásico semi-controlado

0.1 0.11 0.12 0.130

100

200

300

Tensao e corrente de saida

Tempo(s)0.1 0.11 0.12 0.13

-200

0

200

Tensao e corrente de entrada

Tempo(s)

Ângulo de Disparo = 30

Na tensão de saída, o primeiro

harmônico presente é o terceiro

Na corrente de entrada,

aparecem harmônicos pares

Ângulo de Disparo = 30

Retificador trifásico controlado

0.1 0.11 0.12 0.13

-200

0

200

Tensao e corrente de entrada

Tempo(s)

0.1 0.11 0.12 0.130

100

200

300

Tensao e corrente de saida

Tempo(s)

Na tensão de saída, o primeiro

harmônico presente é o sexto

Na corrente de entrada, não

aparecem harmônicos pares

Inversores

A função do Inversor é converter a tensãocontínua da saída do retificador ou dasbaterias (DC) em tensão alternada (AC) paraalimentar continuamente as cargas emqualquer condição.

A tensão DC de saída do retificador e atensão das baterias estão conectadassimultaneamente à entrada do Inversor (emparalelo).

Durante operação normal com a saída doretificador alimentará o Inversor até aplena potência, se necessário, e carregará asbaterias.

Inversores

-Se o Retificador ou a Rede AC de entradaprincipal falhar, o banco de baterias assumiráautomaticamente a alimentação do inversor atéa plena carga por um período limitado detempo, isto sem interrupção ou “chaveamento”da alimentação do inversor o que asseguraalimentação contínua da carga sem distúrbios.-A frequência de saída do inversor é mantidaem fase com a rede de alimentação reserva AC(desde que esta esteja dentro dos limitesaceitáveis de tolerância normalmente +/- 1%),através de um oscilador de precisão. A saída doinversor e a rede reserva estão conectadas àchave estática.

Chave estática de transferência

-A função da chave estática é conectar a cargaà saída do inversor ou a rede reserva.

-Em condições normais de funcionamento a chaveestática conecta a carga à saída do inversor.

-Se a saída do inversor estiver inadequada, a chaveestática transferirá a alimentação das cargas para arede reserva sem interrupção e em fase.

-Após 20s a chave estática retransfere a carga para asaída do inversor se este retornar às condiçõesnominais.

-A transferência automática será inibida se estaestiver fora dos limites de tolerância aceitáveis, ou seo inversor e a rede reserva não estiverem em fase.

Definição e princípio de funcionamento do Nobreak.

- Nobreak é um equipamento que devesuprir a falta de energia elétrica. Paraisto, deve possuir uma bateria e amesma deve ser recarregadaautomaticamente.

Tipos de Nobreaks

Utiliza-se uma variedade de enfoquesde design para implementar sistemasNOBREAK, cada um deles comcaracterísticas de performancedifenciadas. Os enfoques de designmais comuns são os seguintes:

· Standby.

· Linha interativa.

· Standby Ferro Ressonante.

· Online dupla conversão.

· Online “Delta Conversion”.

Tipos de Nobreak

- Offline ou Standby: Alimentação pela redeelétrica, passando pela bateria em caso dequeda;

- Line-lnteractive (Linha Interativa): Trata-se de um meio-termo entre o tipo Off Line eo On Line. Neste modelo, o inversor(dispositivo que converte a corrente contínuadas baterias em corrente alternada),trabalha em paralelo com a rede, fornecendoparte da energia necessária. Em caso defalha, este Nobreak assume a carga total daalimentação.

Line-interactive

-O circuito verificador tem por funçãodetectar o estado da energia elétrica,inclusive "prever" descargas estáticas.

-O chaveamento é um dos maiores segredosdo sucesso de um Nobreak.

-Ele deve ser o mais rápido possível. No casodo On-Line, o chaveamento nem existe, poisem nenhum momento haverá corte deenergia, já que o equipamento é alimentadodiretamente pela bateria.

-Já os sistemas com chaveamento podemlevar cerca de 5 milissegundos.

Linha Interativa

Inteligente

-O Nobreak inteligente é aquele tipocomandado por Software.

-Ele envia para o equipamento alimentado,quando possível, mensagens que alertam sobreo tempo restante da energia, possibilitando atomada de atitudes para minimizar perdas eprejuízos.

-De acordo com a sofisticação do Software, oprograma pode até emitir relatório sobre asúltimas ocorrências de interrupção da redeelétrica e até mesmo apresentar umautodiagnostico.

Ferro ressonante

-ONobreak Standby-Ferro Ressonante era omais usado para a faixa de potência de 3-15kVA.

-Este design depende de um transformadorespecial de saturação que tem trêsenrolamentos (conexões de alimentação).

-O circuito de energia primário vai daentrada de CA, através de uma chave detransferência, e do transformador, até a saída.

-Caso haja uma falha de alimentação, achave de transferência se abre, e o inversortoma a carga de saída.

Ferro ressonante

-No design de Standby-Ferro Ressonante, oinversor se encontra no modo standby, e seenergiza quando falha a alimentação deentrada e se abre a chave de transferência. Otransformador possui uma capacidade especialde ferroressonância, que fornece regulação detensão limitada e correção da forma de onda desaída.

-O isolamento dos transitórios da alimentaçãode CA fornecido pelo transformador Ferro é tãobom ou melhor que qualquer filtro disponível.Mas o transformador Ferro em si mesmo criauma severa distorção e transitórios na tensão desaída, o que pode ser pior que uma conexão deCA deficiente.

Ferro ressonante

Mesmo quando se trata de um NobreakStandby por design, o NobreakStandby-Ferro Ressonante gera umagrande quantidade de calor devido aque o transformador ferro-ressonante éinerentemente ineficiente.

-Estes transformadores são tambémgrandes com relação aostransformadores de isolamentohabituais; portanto, os NobreaksStandby-Ferro Ressonante costumamser bastante grandes e pesados.

Ferro ressonante

Dupla conversão

Delta conversão

Comparativo de um fabricante

Mais esquemas SMS

http://renatec.sms.com.br/lista_esquemas.asp

FIM