Non si chiede alla maggior parte dei backup industriali di funzionare per ore. Un piccolo sistema di alimentazione ininterrotta, un backup per PLC o contatore, un nodo periferico di rete o uno strumento da campo di solito devono solo superare un disturbo: mantenere la barra durante un abbassamento di tensione o una breve interruzione, sostenere il controller abbastanza a lungo per uno spegnimento ordinato e la scrittura dei dati, o coprire l'intervallo finché un generatore non entra in funzione. Quel servizio di ride-through ha un suo standard, la IEC 62040-3, e un suo carattere elettrico. L'articolo A, il primo di tre sul piccolo UPS e il backup degli strumenti, seziona il servizio e le classi di topologia dello standard, e spiega perché un pacco nickel-metal idruri ad alto tasso è una scelta solida come fonte di ponte compatta e ad ampio intervallo di temperatura.
Una centrale di sicurezza o antincendio misura l'autonomia in ore di bassa corrente; un piccolo UPS la misura in secondi o minuti di corrente notevole. La traccia animata mostra la forma caratteristica: una rete condizionata che alimenta il carico nel funzionamento normale, un disturbo — abbassamento, calo di tensione o interruzione completa — rilevato e trasferito, e poi una fascia di ponte a batteria durante la quale l'inverter o la barra CC sostiene lo strumento finché torna l'alimentazione, si avvia il generatore o si completa lo spegnimento controllato. Tutta la vita della batteria è una lunga attesa pienamente pronta, intervallata da eventi brevi e a potenza relativamente alta.
Questo profilo cambia il requisito della cella. La capacità conta meno della capacità di fornire una corrente moderata sostenuta su una barra stabile, ripetutamente, dopo mesi o anni di piena prontezza, spesso dentro un armadio di controllo caldo o freddo. La capacità di tasso di picco e continua, la bassa impedenza interna e la resistenza in float passano davanti alla pura densità di energia — gli assi sui quali il NiMH compete particolarmente bene.
La IEC 62040-3 (adottata in Europa come EN 62040-3) classifica le prestazioni degli UPS con un vocabolario preciso. La prima lettera descrive la dipendenza dell'uscita dall'alimentazione in ingresso nel funzionamento normale. VFD — Voltage and Frequency Dependent (dipendente da tensione e frequenza) — è la topologia offline o a standby passivo: il carico funziona direttamente dalla rete e viene trasferito all'inverter solo quando viene a mancare l'alimentazione, cosicché l'uscita segue normalmente tensione e frequenza della rete e si verifica un breve trasferimento (in genere pochi millisecondi) all'interruzione. VI — Voltage Independent (indipendente dalla tensione) — è la topologia line-interactive, che condiciona la tensione con un regolatore automatico di tensione mentre la frequenza segue ancora la rete. VFI — Voltage and Frequency Independent (indipendente da tensione e frequenza) — è la topologia online a doppia conversione, che rigenera continuamente l'uscita dal bus CC ed è quindi indipendente sia dalla tensione sia dalla frequenza in ingresso, con interruzione di trasferimento zero.
La classificazione completa è un codice di tre caratteri che aggiunge una classe ambientale e una classe di prestazione, mentre la IEC 62040-1 copre la sicurezza e la IEC 62040-5 tratta gli UPS CC — la topologia sempre più comune per sostenere direttamente strumenti alimentati in CC, PLC e apparecchiature di rete senza un inverter CA. Scegliere la classe è scegliere quanto pulito e ininterrotto debba essere il ponte, il che definisce i requisiti di trasferimento e tasso della batteria.
Due intenti di progettazione fissano l'obiettivo di autonomia. Il ponte fino allo spegnimento dimensiona la batteria per la conclusione controllata del carico protetto: scrittura dei dati mantenuti di un PLC, posizionamento di un attuatore, scrittura dei log e spegnimento pulito, il che per molti strumenti e dispositivi periferici è questione di decine di secondi fino a dieci minuti. Il ponte fino al generatore dimensiona per il tempo di avvio e stabilizzazione di un generatore di standby — comunemente decine di secondi — più margine per un primo avvio fallito e un nuovo tentativo. Il ponte fino alle rinnovabili o il ponte attraverso un guasto in una microrete può richiedere di più.
Il grafico animato converte un pacco NiMH fisso da 24 V in minuti di ride-through per i carichi degli strumenti. È un modello illustrativo, ma la relazione inversa è esatta: raddoppiare il carico protetto dimezza il tempo di ponte. Specificare il carico in modo realistico — inclusa la corrente di spunto di un contattore o di uno strumento che si riavvia — è ciò che separa un UPS che completa il suo ponte da uno che crolla a metà della sequenza di spegnimento.
In un UPS VFD offline il carico vede una breve interruzione mentre il relè trasferisce all'inverter; in un progetto VI line-interactive l'interruzione è simile ma l'AVR ha già gestito gli abbassamenti nel suo intervallo; un'unità VFI online non ha alcuna interruzione perché l'inverter alimenta sempre il carico. Qualunque sia la topologia, la batteria deve accettare il carico all'istante e mantenere la barra entro la tolleranza dell'apparecchiatura protetta. Una stringa di celle con alta impedenza interna cede sotto il carico a gradino e può azzerare proprio il controller che doveva proteggere — una modalità di guasto che sembra, in modo ingannevole, un arresto anomalo del software.
Celle NiMH abbinate e a bassa resistenza presentano una fonte CC rigida con un plateau piatto di 1,2 V per cella, cosicché la barra passa pulitamente dal caricatore alla batteria e lo stadio inverter o DC-DC vede un ingresso stabile durante il ponte. Un modesto condensatore di mantenimento copre il trasferimento inferiore a un ciclo in un progetto VFD; la stringa NiMH sostiene poi il ponte prolungato.
I piccoli UPS e i backup di strumenti vivono dove vive l'elettronica protetta: armadi di controllo sigillati, chioschi all'aperto, involucri di fabbrica e apparecchiature lungo la strada o sui tetti, dove la temperatura ambiente può oscillare ben oltre un confortevole intervallo da ufficio. Una fonte di backup con capacità valutata solo a 20 gradi C fornirà meno in una notte d'inverno o invecchierà prematuramente in un armadio estivo. Il NiMH a base acquosa tollera un ampio intervallo di funzionamento e, nei gradi industriali ad ampia temperatura, mantiene un'erogazione utile nel freddo che indebolisce gravemente il piombo-acido; la sua disciplina è una carica consapevole della temperatura, poiché una carica sostenuta oltre circa 45 gradi C favorisce lo sviluppo di gas e l'essiccamento.
Anche le interruzioni si ripetono. Un luogo soggetto alla rete può ciclicare l'UPS decine di volte all'anno — ogni evento una scarica seguita da una ricarica — e la batteria deve conservare la capacità di ponte attraverso centinaia di questi cicli. La resistenza di riferimento di almeno 500 cicli della IEC 61951-2 inquadra l'aspettativa; un pacco scelto con margine di fine vita completa ancora il suo ponte nominale in tarda età.
Confronti le chimiche candidate rispetto al servizio di ride-through ed emerge una posizione chiara. Il piombo-acido sigillato è economico e familiare ma pesante, debole nel freddo, si solfata per cicli superficiali ripetuti e lungo float, e necessita di volume per fornire alto tasso. Il litio è denso di energia, ma aggiunge elettronica di protezione e bilanciamento e peso di trasporto a un servizio di breve durata, alto tasso e ampia temperatura che raramente sfrutta il suo vantaggio energetico. I supercondensatori offrono una vita in cicli quasi infinita e tasso istantaneo, ma solo secondi di energia e una forte autoscarica. Il nickel-metal idruri occupa un utile mezzo: erogazione ad alto tasso e bassa impedenza, plateau piatto, buone prestazioni a freddo, sicurezza a base acquosa intrinseca, senza cadmio e la classificazione di trasporto aereo più semplice.
L'articolo B trasforma questo in un metodo di dimensionamento e selezione della chimica; l'articolo C percorre il percorso di evidenze della IEC 62040 e a livello di cella.
Weijiang Power produce celle NiMH ad alto tasso e pacchi saldati per piccoli UPS, UPS CC e ride-through di strumenti/PLC: stringhe AA, sub-C e C per ponti da secondi a minuti, celle abbinate a bassa impedenza per un trasferimento pulito e barre CC stabili, gradi ad ampia temperatura per armadi sigillati, e documentazione IEC 61951-2, IEC 62133-1 e UN 38.3. Inviate il carico protetto, il tempo di ponte target, la topologia (VFD/VI/VFI o UPS CC) e l'ambiente dell'armadio, e dimensioneremo un pacco di ponte rigido e ripetibile.
