Cómo leer la hoja de datos de un SAI: VFI, kVA, PF, THD, MTBF y más explicados

Coloque tres hojas de datos de SAI una al lado de la otra y la comparación se desmorona rápidamente.

Uno dice VFI. Otro cita THDi por debajo del 3%. Uno anuncia un 99% de eficiencia. Otro da un MTBF superior a 100.000 horas. Luego vienen kVA, kW, PF, THDv, porcentajes de sobrecarga, voltaje de la batería y rangos de bypass.

Ninguna de esas especificaciones es inútil. El problema son las condiciones detrás de ellas.

Una cifra de eficiencia del 99% puede medirse en modo ECO en lugar de en operación normal de doble conversión. Un amplio rango de voltaje de entrada puede aplicarse solo a carga parcial. Y "sobrecarga del 150%" no dice nada hasta que el fabricante también indique cuánto tiempo el inversor la mantiene.

Así que lea una hoja de datos en un orden fijo: primero la topología y la potencia utilizable, luego lo que el SAI extrae del suministro aguas arriba, lo que entrega a la carga, cómo se comporta durante sobrecargas y fallas de entrada, y finalmente cómo se construyen la batería y el bypass.

Las comparaciones solo tienen sentido una vez que la clase y el techo de kW coinciden. Cada otra línea en la página depende de esas dos.

1. Empiece con VFI, VI y VFD

Antes de comparar la eficiencia o el tiempo de ejecución de la batería, identifique la clasificación.

IEC 62040-3 clasifica un SAI según cómo se comporta su salida cuando la fuente de entrada se mueve. El código tiene tres partes ymdash;VFI-SS-111 es el que ve con más frecuencia ymdash; y la primera parte decide qué puede proteger el SAI en absoluto.

VFD ymdash; dependiente de voltaje y frecuencia

El voltaje y la frecuencia de salida siguen ambos el suministro de entrada durante la operación normal. Los diseños de espera y sin conexión se encuentran aquí: la carga funciona con la red eléctrica y el inversor se encarga cuando falla la entrada.

Debido a que esa transferencia tiene que ocurrir,hay una breve interrupción. Unos pocos milisegundos están bien para una PC de escritorio o un terminal POS. No está bien para un PLC que tiene que superar el lapso.

VI ymdash; independiente del voltaje

El SAI regula el voltaje de salida dentro de su rango operativo especificado, mientras que la frecuencia de salida todavía sigue la entrada.

Los diseños interactivos de línea se encuentran aquí. La regulación automática de voltaje absorbe una banda de variación de voltaje de entrada sin tocar la batería, por lo que la batería se utiliza con menos frecuencia. VI es adecuado para equipos de red, gabinetes de telecomunicaciones y salas de TI más pequeñas donde la doble conversión completa no está justificada.

VFI ymdash; independiente de voltaje y frecuencia

La salida es independiente del voltaje y la frecuencia de entrada dentro de las condiciones operativas declaradas. Los diseños de doble conversión en línea se encuentran aquí: la CA entrante se rectifica a CC y el inversor reconstruye la CA controlada y alimenta la carga continuamente.

Los centros de datos,imágenes médicas, control industrial y equipos de proceso normalmente especifican VFI.

El resto del código

Las letras y los dígitos después del guion son donde la mayoría de las hojas de datos se quedan cortas:

• SS ymdash; forma de onda de salida. S significa sinusoidal, tanto en operación normal como en operación con energía almacenada; el umbral del estándar es una distorsión armónica total inferior al 8% bajo carga lineal y de referencia no lineal. X significa sinusoidal solo bajo carga lineal. Y significa que no es sinusoidal en absoluto.

• 111 ymdash; rendimiento dinámico de salida, tres dígitos: comportamiento al cambiar de modo operativo, en un paso de carga lineal y en un paso de carga no lineal. 1 es la clase más estricta,3 la menos.

Pida el código completo. "VFI" le dice que la salida es independiente de la entrada. No le dice cuán limpia es esa salida, o qué tan bien el SAI mantiene el voltaje cuando la carga cambia.

No empiece con la pregunta de qué SAI tiene mejor eficiencia o un número de kVA mayor. Asegúrese de que la clase coincida primero con la carga.

2. kVA, kW y factor de potencia de salida

Un SAI de 100 kVA no entrega automáticamente 100 kW. Verifique esto antes de comparar precios.

kVA ymdash; potencia aparente

Monofásico:

kVA = V × A ÷ 1000

Trifásico:

kVA = √3 × V × A ÷ 1000

kVA describe la capacidad de voltaje y corriente del SAI. Por sí solo, no le da la potencia activa que la carga puede extraer.

kW ymdash; potencia activa

kW es lo que la carga realmente usa. Dos hojas de datos, ambas de 100 kVA:

• 100 kVA / 90 kW

• 100 kVA / 100 kW

Mismo kVA. Diez kilovatios de diferencia en lo que puede conectar.

Factor de potencia de salida

Para la clasificación de salida del SAI:

kW = kVA × factor de potencia de salida

Una unidad de 100 kVA a PF 0.9 es una máquina de 90 kW. Lea el PF de salida como un techo de lo que el SAI puede suministrar, no como un número que su carga debe igualar ymdash; una carga que funciona a PF 0.95 no necesita un SAI de PF 0.95, necesita un SAI cuyo techo de kW despeje su demanda de kW.

Ese techo tampoco es una guía sobre cómo el SAI maneja motores, transformadores u otras cargas de alta corriente de arranque. Esas dependen de la capacidad de sobrecarga, la respuesta transitoria y la característica de arranque de la carga misma.

El número de kVA es idéntico en las tres filas. Lo que puede conectar a él no lo es.

Ponga kVA y kW uno al lado del otro en cada cotización, y si un proveedor cita solo kVA, pida el kW nominal antes de dimensionar nada.

3. Armónicos: THDi aguas arriba, THDv aguas abajo

Dos distorsiones diferentes, en dos direcciones diferentes, citadas bajo dos condiciones diferentes.

PF de entrada y THDi ymdash; lo que extrae el SAI

El factor de potencia de entrada es la relación entre la potencia real de entrada y la potencia aparente que extrae el SAI. El THD de la corriente de entrada describe cuán lejos se desvía la forma de onda de la corriente de una onda sinusoidal. Ambos cargan la infraestructura aguas arriba: cables, interruptores, transformadores y el generador.

La topología del rectificador impulsa ambos números. Los rectificadores más antiguos basados en tiristores extraen más corriente reactiva y armónica, los diseños de 12 pulsos reducen los armónicos de entrada característicos, y los rectificadores IGBT modernos con PFC activo alcanzan un PF de entrada cercano a la unidad con un THDi mucho menor.

Las cifras reales dependen de la impedancia de la fuente, el filtrado de entrada, el nivel de carga y el diseño del rectificador en sí. Un PF citado al 100% de carga no es el PF al 20% de carga, y una cifra de THDi sin condición de carga no puede clasificarse contra una que la tenga.

THDv ymdash; lo que llega a la carga

THDv es la distorsión del voltaje de salida que ve la carga. Los fabricantes lo citan por separado para cargas lineales y no lineales, y esa distinción es el punto clave: una fuente de alimentación conmutada extrae una corriente no sinusoidal, y esa corriente distorsiona el voltaje de lo que la alimenta.

Por lo tanto, THDv <2% en una hoja de datos y <5% en otra no clasifican las dos unidades hasta que sepa en qué carga se midió cada una. También es por eso que la letra de la forma de onda de IEC 62040-3 es importante ymdash; la diferencia entre S y X es exactamente si la salida permanece sinusoidal bajo la carga no lineal de referencia.

El número importa. La condición detrás del número importa tanto como él.

4. Eficiencia: verifique el modo y la carga

Eficiencia: 99% parece excelente. La primera pregunta es: ¿99% en qué modo?

Los fabricantes publican cifras separadas para el modo de doble conversión y el modo ECO, generalmente al 25%, 50%, 75% y 100% de carga.

El modo ECO no es una versión más eficiente de la misma protección. En modo ECO, la carga funciona con la fuente de alimentación de la red filtrada y el inversor está inactivo hasta que la entrada sale de la tolerancia ymdash; por lo que ese 99% describe un SAI que, durante ese período, no está acondicionando la energía. Compararlo con la eficiencia en línea de otra unidad compara una ruta de bypass con una ruta de doble conversión.

La carga importa tanto como el modo. Un SAI comprado para 100 kW de capacidad futura puede pasar sus primeros tres años al 30-50% de carga, y la eficiencia en ese punto operativo ymdash; no el pico de carga completa ymdash; es lo que aparece en la factura de electricidad.

Pida la curva de eficiencia, o como mínimo la eficiencia de doble conversión a la carga que realmente ejecutará.

5. Sobrecarga: el porcentaje no significa nada sin la duración

"Capacidad de sobrecarga del 150%" es media especificación.

Necesita dos números: porcentaje de sobrecarga, más cuánto tiempo lo mantiene el inversor.

Las hojas de datos normalmente dan una escalera:

• 105% ymdash; continuo, o un límite largo

• 125% ymdash; típicamente minutos

• 150% ymdash; típicamente segundos a un minuto

• superior al 150% ymdash; transferencia a bypass

Cuando expira el tiempo, el SAI transfiere la carga al bypass. Eso está bien si existe un suministro de bypass y está dentro de la tolerancia. No está bien en un sitio que dependía del inversor para soportar el pico.

Para cargas con alta demanda de arranque o transitoria ymdash; motores, transformadores, compresores, imágenes médicas ymdash; la pregunta útil no es "¿puede manejar el 150%?" sino:

¿Cuántos segundos mantiene el inversor el 150%, y qué sucede en el segundo después de eso?

6. Tiempo de transferencia: ¿entre qué dos estados está "0 ms"?

Las unidades de doble conversión en línea se especifican en 0 ms de operación normal a operación con batería, porque el inversor ya está suministrando la carga. Pierde la entrada de red y la fuente de CC cambia; el inversor no tiene que arrancar y hacerse cargo.

"0 ms" no significa que cada transición dentro del SAI sea instantánea. Las transferencias que involucran bypass estático, modo ECO y condiciones de falla son eventos separados con sus propias cifras.

En los diseños VI y VFD, el paso de la red a la batería o al inversor implica una interrupción real, típicamente de unos pocos milisegundos. La mayoría de las fuentes de alimentación de TI lo superan; algunas cargas industriales no lo hacen.

Cuando una hoja de datos dice "tiempo de transferencia", verifique qué dos estados operativos está comparando.

7. La regulación en estado estacionario y la respuesta transitoria son pruebas diferentes

Se sientan uno al lado del otro en la página y miden cosas diferentes.

Regulación del voltaje de salida: ±1% describe cuán estrictamente el SAI mantiene el voltaje en condiciones estables.

La respuesta transitoria describe lo que sucede cuando la carga cambia rápidamente. Un paso de carga del 20% al 100% y el voltaje de salida se mueve fuera de su banda de estado estacionario antes de recuperarse.

Para cargas que cambian bruscamente ymdash; ascensores, soldadores, equipos de imagen, arranques de compresores ymdash; pida tres números:

• desviación máxima del voltaje transitorio

• tiempo de recuperación

• el paso de carga en el que se midieron las cifras

Una hoja de datos que solo da una regulación de estado estacionario de ±1% no le ha dicho cómo se comporta el SAI durante el evento que realmente le importa.

8. Voltaje de la batería, Ah y tiempo de ejecución son tres números diferentes

El voltaje de CC le dice la configuración

Un bus nominal de 384 VCC generalmente significa 32 bloques de 12 V en serie:

32 × 12 V = 384 V

Esa es la disposición de la cadena. No dice nada sobre el tiempo de respaldo.

Ah se clasifica a una tasa de descarga, no en abstracto

Un bloque de 12 V 100 Ah tiene esa clasificación a una tasa de descarga, una temperatura y un voltaje de fin de descarga. Cambie cualquiera de los tres y la capacidad que realmente puede extraer cambia con él.

Es por eso que los Ah de placa no se pueden convertir en un tiempo de ejecución de 10 o 30 minutos por aritmética. Las aplicaciones de SAI descargan mucho más rápido que la tasa a la que se estableció la clasificación, y una descarga rápida cumple con el voltaje de corte antes de que se agote la capacidad de la placa.

Para el dimensionamiento, utilice la tabla de descarga de corriente constante o potencia constante del fabricante de la batería, leída a la duración y el voltaje de fin de descarga que necesita el proyecto. El envejecimiento de la batería, la temperatura y el margen de diseño se aplican encima, de acuerdo con los requisitos del proyecto y la práctica de dimensionamiento de baterías aplicable. El tiempo de ejecución calculado a partir de los Ah de placa es una suposición con un punto decimal después de ella.

El tiempo de ejecución necesita la carga

El tiempo de ejecución depende de la carga real en kW, el número de bloques, los Ah y la tasa a la que está clasificado, la configuración del bus de CC, las características de descarga, la eficiencia del inversor, la temperatura y la condición de la batería, y el voltaje de fin de descarga.

"32 × 100 Ah" no le dice si son diez minutos o una hora. La carga sí.

Pida el tiempo de ejecución a su carga en kW, y pregunte de qué tabla de descarga y voltaje de corte se calculó, en lugar de pedir un número de Ah mayor.

9. El bypass estático y el bypass de mantenimiento hacen trabajos diferentes

"Bypass incluido" vale una pregunta más.

Bypass estático es una ruta alternativa automática. Sobrecarga, falla del inversor y sobretemperatura terminan en uno de dos resultados: una transferencia a bypass estático, o un apagado. El bypass estático es lo que mantiene la carga activa a través del primero.

Bypass de mantenimiento es una ruta de aislamiento manual que permite a un técnico desenergizar la electrónica de potencia del SAI para servicio mientras la carga permanece alimentada. Es una función de mantenimiento, no un segundo nombre para bypass estático.

En sitios críticos, los dos se especifican por separado, porque la planificación del mantenimiento es parte de la arquitectura de energía en lugar de un accesorio. Si una cotización dice "bypass incluido", pregunte cuál ymdash; o si significa ambos.

10. MTBF: una estadística de confiabilidad, no una vida útil

MTBF >100.000 horas no significa que el SAI funcione durante más de once años sin fallar.

MTBF es una métrica de confiabilidad estadística calculada bajo un método y condiciones asumidas definidas. Antes de que signifique algo, necesita cinco respuestas:

• ¿Qué estándar o método de cálculo se utilizó?

• ¿Cubre el SAI completo, o solo el módulo de potencia?

• ¿Se incluyen las baterías?

• ¿Qué temperatura ambiente y carga se asumieron?

• ¿Se publica el MTTR correspondiente, para que se pueda calcular la disponibilidad?

Dos fabricantes que utilizan métodos diferentes producen dos números que no se pueden clasificar. Los ventiladores, condensadores y baterías tienen sus propios intervalos de reemplazo, independientemente de lo que diga el MTBF.

11. Rango de voltaje de entrada: el número de carga completa es el que cuenta

Un amplio rango de entrada mantiene el SAI en la red eléctrica a través de excursiones de voltaje en lugar de quemar ciclos de batería.

Rango de voltaje de entrada: 110-300 V todavía necesita un calificador: ¿a qué carga?

Muchas unidades aceptan un rango más amplio a carga reducida, y el rango también puede cambiar con la clasificación de salida, la frecuencia de entrada, el estado de carga de la batería y los límites de bypass.

Así que pregunte:

¿Qué rango de voltaje de entrada acepta el SAI al 100% de carga nominal, sin reducción de potencia y sin transferir a la batería?

En sitios donde el voltaje de la red eléctrica se mantiene alto o bajo durante horas, esa única respuesta decide con qué frecuencia se utiliza la batería.

12. Reducción de potencia, entorno y los números en la letra pequeña

Cinco cifras rara vez llegan a la portada y siempre aparecen en el manual de instalación. Léalas antes de comprometerse con un diseño.

• Reducción de potencia por temperatura. La clasificación kVA se mantiene hasta un ambiente declarado, comúnmente 40 °C. Por encima de él, la capacidad sigue una curva publicada hacia abajo.

• Reducción de potencia por altitud. En altura, la menor densidad del aire afecta la refrigeración y las distancias. Los fabricantes establecen su propio límite de altitud y publican una curva de reducción de potencia por encima de él ymdash; use esa curva en lugar de una regla general, porque el porcentaje no es el mismo en todos los diseños.

• Clasificación IP y ruido audible. IP20 está bien en una sala eléctrica limpia y mal en un área de lavado o una sala de producción abierta. El ruido importa una vez que el gabinete está cerca de las personas.

• Tiempo de recarga. Después de una descarga completa, ¿cuántas horas hasta el 90% de capacidad? Esa cifra determina cuán pronto se puede sobrevivir a una segunda interrupción.

• Capacidad del marco frente a capacidad instalada. En unidades modulares, un marco de 300 kW con tres módulos de 50 kW instalados es un SAI de 150 kW. Las cotizaciones que muestran el número del marco sin el número instalado no son comparables.

Pida esto como una lista. Un proveedor que publica la curva de reducción de potencia, el tiempo de recarga y el recuento de módulos instalados es fácil de comparar con otro.

Si estas cifras faltan en la hoja de datos, pídalas antes de comparar cotizaciones. La curva de reducción de potencia y el tiempo de recarga son exactamente lo que oculta un número de kVA en el titular.

13. Lista de verificación de comparación de hojas de datos de SAI

Ponga las especificaciones de tres cotizaciones en una tabla en lugar de comparar folletos uno al lado del otro.

14. Qué enviar a un proveedor antes de pedir un precio

No empiece con un número de kVA. Empiece con la carga.

1. Tipo de carga ymdash; servidores, escáner CT, motor, línea de proceso, rack de telecomunicaciones

1. Carga real y pico ymdash; en kW, y en A donde lo tenga

1. Voltaje de entrada y salida ymdash; incluida la configuración de fase

1. Tiempo de ejecución requerido ymdash; 10, 30 o 60 minutos, a qué carga

1. Comportamiento de arranque o pico ymdash; corriente de irrupción para motores, transformadores y equipos de imagen

1. Arquitectura de redundancia ymdash; unidad única, capacidad paralela, N+1 o 2N

1. Condiciones del sitio ymdash; rango de voltaje de la red, suministro del generador, temperatura ambiente, altitud, requisito de IP

A partir de ahí, la capacidad, la configuración de la batería y la arquitectura se calculan contra la aplicación en lugar de elegirse de una página de catálogo.

No compare el número más grande ymdash; compare la condición detrás de él

Cuatro verificaciones resuelven la mayoría de las comparaciones: el código de clasificación, el kW detrás del kVA, la eficiencia de doble conversión a su carga operativa real y la duración de la sobrecarga en segundos. Hasta que esas cuatro sean iguales en dos cotizaciones, cada otra línea en la hoja de datos es ruido.

¿Está comparando sistemas SAI para un hospital, una sala de servidores o una línea industrial? El equipo de aplicaciones de un proveedor solo puede dimensionar a partir de lo que usted les envía, y los datos de carga superan un número de kVA cada vez. Los ingenieros de TAFENG trabajan a partir de la lista de carga, el comportamiento pico y el requisito de tiempo de ejecución, y luego documentan a qué condiciones se aplica cada cifra publicada.

Preguntas frecuentes

¿Qué significa VFI-SS-111 en una hoja de datos de SAI? Es el código de clasificación IEC 62040-3. VFI significa que la salida es independiente del voltaje y la frecuencia de entrada. SS significa que la forma de onda de salida es sinusoidal tanto en operación normal como con energía almacenada, con una distorsión armónica total inferior al 8% bajo carga lineal y de referencia no lineal. Los tres dígitos califican el rendimiento dinámico al cambiar de modo operativo, en un paso de carga lineal y en un paso de carga no lineal, donde 1 es la clase más estricta. Una unidad VFI no es automáticamente VFI-SS-111: las letras de forma de onda y los dígitos dinámicos se gradúan por separado, por lo que dos hojas de datos VFI pueden tener códigos diferentes.

¿Por qué un SAI de 100 kVA no entrega 100 kW? Porque kVA es potencia aparente y kW es potencia activa, vinculados por el factor de potencia de salida: kW = kVA × PF. Una unidad de 100 kVA clasificada a PF 0.9 es una máquina de 90 kW. Siempre compare la clasificación de kW, no solo la de kVA.

¿Qué significa "sobrecarga del 150%" sin límite de tiempo? Muy poco. La capacidad de sobrecarga solo tiene sentido como un par ymdash; porcentaje y duración. Un SAI clasificado al 150% durante 30 segundos se comporta de manera muy diferente a uno clasificado al 150% durante 10 minutos, y la hoja de datos también debe indicar qué sucede cuando expira el tiempo, generalmente una transferencia a bypass.

¿Es el 99% de eficiencia en modo ECO lo mismo que el 99% en línea? No. En modo ECO, la carga se suministra desde la red eléctrica filtrada y el inversor está inactivo, por lo que las pérdidas son bajas pero la carga no se está acondicionando hasta que la entrada sale de la tolerancia. Compare ECO con ECO y en línea con en línea.

¿Cómo calculo el tiempo de ejecución a partir de una clasificación de batería Ah? No se puede, solo a partir de Ah. Ah se especifica a una tasa de descarga, una temperatura y un voltaje de fin de descarga, y los tiempos de ejecución del SAI son mucho más cortos que la tasa nominal. Utilice la tabla de descarga de corriente constante o potencia constante del fabricante de la batería a la duración y el voltaje de fin que necesite, luego aplique el envejecimiento, la temperatura y el margen de diseño. Pida al proveedor el tiempo de ejecución a su carga en kW.

¿Un MTBF más alto significa que el SAI durará más? No necesariamente. MTBF es una estadística de confiabilidad calculada que depende del método utilizado, el alcance de lo que se cubre y las condiciones operativas asumidas. Dos fabricantes que utilizan métodos diferentes producen cifras que no se pueden clasificar, y los ventiladores, condensadores y baterías tienen sus propios intervalos de reemplazo, independientemente de lo que diga el MTBF.