IEEE de Estudio, simulación, montaje y verificación del sistema de alimentación ininterrumpida (S.A.I.), usando plataforma Elvis II+ de National Instruments.

1. UPS ONLINE SENA
CIMM
MANTENIMIENTO ELECTRONICO E INSTRUMENTAL INDUSTRIAL 865366
1
ESTUDIO, SIMULACION, MONTAJE Y VERIFICACION DEL SISTEMA DE ALIMENTACION ININTERRUMPIDA
(Uninterruptible Power Supply)
Mantenimiento Electrónico e Instrumental Industrial
Chaparro Andrés Felipe, Escobar Castro Juan Camilo, Merchán Gina Dayana, Niño Rojas Diego
Alexander, Siabato González Juan Carlos, Tay Torres Jairo Elias
Afchaparro@misena.edu.co, jcescobar30@misena.edu.co, yinaday81@gmail.com,
danino98@misena.edu.co, jcsiabato6@misena.edu.co, jetay@misena.edu.co
Instructor: Ing. Josué Ignacio Acero Vargas josueacerov@misena.edu.co
ABSTRACT
U.P.S type that avoids the milliseconds without
power when a power failure occurs, because it
provides constant power from the battery and not
directly. The latter typical off-line UPS, where the
change from the power supply to the battery line,
consuming a time that can affect devices
connected to the UPS.
This technology is the most expensive of all but
which offers the highest level of protection.
Therefore it is ideal for sensitive or important
equipment such as central servers.
The UPS Online has a mode called bypass, which
is a parallel step that derives power directly from
the input to the UPS output, if there is any
problem in the circuit of the apparatus by
damage on the inverter, connected devices
overload, over temperature, etc.
I. INTRODUCCIÓN
La U.P.S, es un dispositivo que gracias a sus
baterías u otros elementos almacenadores de
energía, puede proporcionar energía eléctrica por
un tiempo limitado y durante unapagón
eléctrico a todos los dispositivos que tenga
conectados. Otras de las funciones que se
pueden adicionar a estos equipos es la de
mejorar la calidad de la energía eléctrica que
llega a las cargas, filtrando subidas y bajadas de
tensión y eliminando armónicos de la red en el
caso de usar corriente alterna.
La realización de éste Proyecto se hizo por medio
de etapas las cuales cumplen una función
especifica que ayudan a obtener un desarrollo
totalmente functional y adecuado para el mismo.
Marco teórico
Arduino:
Arduino es una plataforma de hardware libre,
basada en una placa con un microcontrolador y
un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar
el uso de la electrónica en proyectos
multidisciplinares. (Fig. 1).
El hardware consiste en una placa con un
microcontrolador Atmel AVR y puertos
de entrada/salida. Los microcontroladores más
usados,
el Atmega168, Atmega328, Atmega1280,
y Atmega8 por su sencillez y bajo coste que
permiten el desarrollo de múltiples diseños. Por
otro lado el software consiste en un entorno de
desarrollo que implementa el lenguaje de
programación Processing/Wiring y el cargador de
arranque que es ejecutado en la placa. Se
programa en el ordenador para que la placa
controle los componentes electrónicos.
Arduino puede tomar información del entorno a
través de sus entradas analógicas y digitales,
puede controlar luces, motores y otros
actuadores. El microcontrolador en la placa
Arduino se programa mediante el lenguaje de
programación Arduino (basado en Wiring) y el
entorno de desarrollo Arduino (basado en
Processing). Los proyectos hechos con Arduino
pueden ejecutarse sin necesidad de conectar a un
ordenador.
También cuenta con su propio software que se
puede descargar de su página oficial que ya
incluye los drivers de todas las tarjetas

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disponibles lo que hace más fácil la carga de
códigos desde el computador.
Fig. 1. Arduino UNO. ( Imagen tomáda de Internet ).
NI ELVIS:
NI ELVIS II es un componente fundamental de la
Plataforma de Educación para Electrónica junto
con NI Multisim, la herramienta líder para
simulación SPICE y captura de esquemáticos y NI
LabVIEW (Fig. 2). La Plataforma de Educación
para Electrónica ayuda a enseñar conceptos de
diseño de circuitos al relacionar la teoría con el
mundo real. Los estudiantes pueden estimular los
conceptos teóricos en Multisim, generar
prototipos del circuito actual con NI ELVIS y
comparar la simulación con medidas del mundo
real con LabVIEW y LabVIEW Signal Express. Con
NI ELVIS II y Multisim 10.1, aprender sobre
circuitos se vuelve más interactivo con
características como 3D NI ELVIS II y la habilidad
de tener acceso a los instrumentos de NI ELVIS
II dentro de Multisim.
NI ELVIS II incluye 12 instrumentos de
laboratorio más usados incluyendo osciloscopio,
DMM, generador de funciones, fuente de
alimentación variable, analizador de señal
dinámica (DSA), analizador de bode, analizador
de corriente-voltaje de 2 cables y 3 cables,
generador de forma de onda arbitraria,
lector/escritor digital y analizador de impedancia.
Este conjunto de instrumentos tanto compacto
como potente traduce los ahorros para el
laboratorio en términos de espacio así como
menores costos de mantenimiento. Además, los
instrumentos NI ELVIS como todos los diseñados
usando el lenguaje para diseño gráfico de
sistemas LabVIEW, los educadores pueden
rápidamente personalizarlos para cumplir con sus
necesidades específicas.
Fig. 2. Plataforma NI Elvis ||+ ( Imagen tomáda de Internet ).
II. PROCEDIMIENTO
La UPS está compuesta por varias etapas las
cuales en su respectivo orden son: Fases,
rectificación, filtro, baterías, control, potencia y
cargas. A continuación se explicara dicho
proceso.
Fases:
En esta etapa se puede notar la entrada de las
3 fases que tienen un desfase de 120° cada una
(Fig. 3). Cada señal de entrada cuenta con
frecuencia de 60Hz, Amplitud de 170 Vpp, y un
tiempo de retardo lo cual genera el desfase entre
las mismas.
Fig. 3. Simulación señal Trifasica. Proteus.
( Imagen propia del proyecto ).

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RECTIFICACIÓN:
En esta etapa se puede observar que la corriente
alterna pasa a ser corriente continua debido a los
diodos rectificadores. Los cuales en tal modo de
configuración reciben la señal una señal trifásica
y actúan por defecto según su modo para
alimentar la batería. Se puede apreciar que el
voltaje pico a pico, frecuencia y cualquier otra
variación, queda eliminado durante la conversión.
(Fig. 4).
Fig. 4. Simulación etapa rectificación. Proteus.
( Imagen propia del proyecto ).
FILTRO:
A la salida del rectificador se anexa un
condensador el cual actúa como circuito de
filtrado, para obtener corriente continua, el
circuito de filtrado se encarga de disminuir el
rizado de la señal con el filtro condensador,
dando como resultado una señal eléctrica,
además reduce el ruido que viene con el voltaje
de alimentación para que de como resultado
niveles más seguros en la carga, usualmente se
trabaja en el orden de los milisegundos a
nanosegundos.
Como podemos apreciar Fig. 5, nuestra señal
rectificada y filtrada, lo cual nos elimina ruidos y
perturbaciones para alimentar la etapa de
Baterías.
Fig. 5. Simulación etapa Filtro. Proteus.
( Imagen propia del proyecto ).
BATERIAS:
Esta es una etapa muy importante para la U.P.S,
es uno de los componentes mas importantes
pues permitira hacer que nuestro elemento
aparacto electrico conectado a la salida, siga
encendido aun y cuando haya un corte de fluido
electrico (Fig. 6); y dependiendo de la elección
puede ser off-line u on-line.
La U.P.S on-line funciona de una forma directa,
ya que debe estar constantemente alimentada
por la fase, esto quiere decir que la bateria se
cargara siempre y por lo tanto se reduce su
tiempo de vida.
La U.P.S off-line es mucho mas efectiva, ya que
funciona directamente con la fase siempre y
cuando exista, pero al momento en el que esta
desaparezca el sistema se alimentara con las
baterias. Las baterias se cargaran
automaticamente cuando la fase exista, lo que
hara que su tiempo de vida sea mas extenso.
Fig. 6. Simulación etapa Baterias. Proteus.
( Imagen propia del proyecto ).

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CONTROL:
Esta etapa es de vital importancia para el buen
funcionamiento de la UPS. En ella se creara el
código necesario que requiera el sistema, los
pulsos se envían directamente a la etapa de
potencia. En este caso utilizamos un Arduino UNO
(Fig. 7), y la programación consta de una
secuencia de 6 instantes con retardos de
2.75mS, y con diferente estado para cada uno,
juntamente entre cata instante de tiempo hay un
intervalo de 0.06mS para asegurar que dicho
instante se desactive para dar paso al siguiente;
tal programación consiste en:
SALIDAS INSTANTES DE TIEMPO
1t 2t 3t 4t 5t 6t
S1 1 1 1 0 0 0
S2 0 1 1 1 0 0
S3 0 0 1 1 1 0
S4 0 0 0 1 1 1
S5 1 0 0 0 1 1
S6 1 1 0 0 0 1
Fig. 7. Simulación etapa Control con Arduino UNO. Proteus.
( Imagen propia del proyecto ).
POTENCIA:
La etapa de potencia, sera la encargada de
recibir los datos que llegan de la etapa de
control, los transistores se activaran según el
codigo a ejecutar, juntamente con los diodos los
cuales evitan que el envio del código se devuelva
sino que por el contrario realice en elvio del dato
correctamente según lo esperado. (Fig. 8). Esta
etapa sirve como comunicación entre la etapa de
Control y el actuador que en este caso seria la
etapa de Cargas.
Fig. 8. Simulación etapa Potencia. Proteus.
( Imagen propia del proyecto ).
CARGAS:
En esta etapa se observa que hay dos tipos de
configuracion de cargas, entre ellas
encontramos la carga en estrella y la carga
triangulo. Esta etapa es la encargada de recibir
las señes de potencia, debido a ser un circuito
trifásico balanceado, las tres fases de entrada
tienen voltajes con la misma magnitud pero
desfasados en 120°, y dependiendo de ello,
obtendremos señal de salida a cada punto en
determinada configuración.
CARGAS EN TRIANGULO.
Haciendo un análisis, podemos observar que al
intermedio de cada resistencia llega la señal de
control accionado por la etapa de potencia, y se
aprecia en cada en cada gráfico la señal
obtenida dependiendo del pulso entrande, cada
una con un desfase de 120°, lo cual se puede
apreciar en Fig. 9; el orden de salidas cada una
con su respectivo desfase en un tiempo de 0nS
hasta 200nS, y con una amplitud de 1v.

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Fig. 9. Simulación etapa cargas en configuración Delta.
Proteus. ( Imagen propia del proyecto ).
CARGAS EN ESTRELLA
En este tipo de configuración el análisis debe
ser un poco mas centrado, pues igualmente
llegan las señales de de potencia a cada
resistencia, pero observamos que estan con
referencia a tierra, lo cual indicaria los como
salidas a:
Va-b, Va-Tierra
Vb-c, Vb-Tierra
Vc-a, Vc-Tierra
Y tal descripción la podemos ver ilustrada en la
Fig. 10, cada gráfica con un tiempo de 0nS
hasta 200nS, y con amplitud de 1v.
Fig. 10. Simulación etapa cargas en configuracion Estrella.
Proteus. ( Imagen propia del proyecto ).
A continuación, en la Fig. 11, se puede apreciar la
señal de salida en configuración estrella de nuestro
montaje real en la etapa de cargas; en el
osciloscopio del software Multisim y en la
plataforma NI Elvis ||+. También en la (Fig. 12); se
observa el montaje en 3D, lo cual es una
herramienta de Multisim, juntamente con su diseño
en PCB (Fig. 13), la cual se puede utilizar
principalmente como aprendizaje o imagen a seguir
para realizar un montaje real (Fig. 13).
Fig. 11. Simulación etapa cargas en configuracion Estrella.
Multisim. ( Imagen propia del proyecto ).

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Simulación 3D en software Multisim
Fig. 12. Simulación montaje.Multisim.
( Imagen propia del proyecto ).
Fig. 13. Diseño de U.P.S en PCB.
Montaje real en plataforma NI Elvis ||+
Fig. 13. Montaje real en plataforma Elvis ||+.
( Fotografia propia del proyecto ).
 Link Video simulación en software
Multisim, en el cual se muestran las
salidas de las cargas en configuración Y.
https://www.youtube.com/watch?v=0OM4J9JuW
ag
III. CONCLUSIONES
 El software empleado en este proyecto
(Multisim), cuenta con varios elementos
utilizados frecuentemente, tales como,
multímetro, osciloscopio, generador de
señales, entre otros. Y por medio de este
se reduce todo el uso de los instrumentos
anteriormente mencionados, a la
ilustración de los mismos en la pantalla de
nuestro ordenador.
 El hardware utilizado (Plataforma NI Elvis
ll+), nos ayuda eficientemente a disminuir
espacio en nuestro banco de trabajo, y así
hacer todo de manera más profesional y
visualmente agradable.
 A la hora de hacer el montaje en físico,
hay que tener precaución con el manejo
de tierras para evitar complicaciones y
posibles daños en los equipos. Pues la
plataforma NI Elvis ll+, contiene una
tarjeta de adquisición de datos a la cual
llegan las tierras de todos los
instrumentos que contiene la plataforma,
aparte de ello la alimentación general de
la plataforma y la tierra del ordenador, las
cuales debemos referenciarlas. Se utilizó
un covertidor de 3 a 2, para la conexión
de alimentación en la Plataforma, y así
evitar interconexión entre las demás.
 En la etapa de fases, se requiere el uso de
transformadores a la salida de las
mismas, las cuales se adaptan a una
configuración en dicho transformador para
así poder entrar a la etapa de
rectificación.
 En la etapa de rectificacion, se reciben las
señales en corriente alterna provenientes
de los transformadores, y aquí estas se
convierten en señales de corriente directa,

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estas luego ingresan a la etapa de filtro,
compuesta por un condensador
electrolítico, el cual se encarga de
disminuir el rizado de la señal dando como
resultado una señal eléctrica apta para
alimentar las Baterías.
 En la etapa de potencia, es importante
tener en cuenta el orden los transistores
en la conexión hacia el microcontrolador
para tener seguridad al obtener la señal
deseada.
 En el proceso de la elaboración de la
U.P.S, se presentó un inconveniente, al
momento de verificar la etapa de cargas
pues las señales no eran tal y como se
esperaban, pero ello se solucionó
colocando una resistencia a la base de los
transistores en la etapa de potencia, para
que actuara como elemento de protección
y así la señal de salida.
 Cuando un transistor se calienta, su
ganancia tiende alterarse, lo cual genera
un cambio notable en nuestra señal de
salida, para evitar esto debemos observar
detalladamente nuestro montaje y aún
más la programación, pues puede haber
un problema en ellos, posibles causantes
del daño.
 En un montaje de la vida real los
transistores deben contar con buenos
disipadores de calor para su correcto
funcionamiento.
 El software (Multisim), contiene elementos
más complejos, lo cual hace que el
desarrollo de proyectos sea más
sofisticado e interactivo, pues al
desarrollar la simulación, montaje en 3D,
y PCB; podremos comprender aún más el
trabajo a realizar.
 El desarrollo del diseño a PCB fue un poco
complicado debido al poco conocimiento
acerca del manejo del Software Utilboard
12.0, del cual la noción era nula; pero
después de varios intentos, se logró
obtener un buen diseño.
 Al momento de seleccionar el tipo de
U.P.S, debemos analizar varios factores,
tales como, rendimiento, calidad,
eficiencia, entre otros. El tipo de U.P.S
que brinda más ventajas, es el OFF-LINE,
pues funciona aun con la ausencia de la
alimentación externa (AC), debido a las
baterías, las cuales se accionan al
momento de no haber fluido eléctrico,
pues ellas siempre están en continuo
proceso de carga, si así lo requieren.
IV. REFERENCIAS.
 Página Web, descripción U.P.S
http://www.xatakahome.com/iluminacion-y-
energia/SAI-SISTEMAS-DE-ALIMENTACION-
ININTERRUMPIDA-POR-QUE-SON-
RECOMENDABLES
 Página web oficial de National Instruments
http://www.ni.com/NI-ELVIS/ESA/
 Referencia Bibliográfica:
Electrónica de potencia (||) de ALECOP. Autor:
pedro Gómez Fernández, profesor E.U.I.T.I.
 Referencia Bibliográfica:
Diseño Electrónico - C. J. Savant Jr., Martin S.
Roder & Gordon L. Carpenter - 2da Ed
 Referencia Bibliográfica:
Electrónica de potencia: circuitos, dispositivos y
aplicaciones. Segunda Edición.
Autor: Muhammad H. Rashid.
 Video YouTube, diseño UPS. Ing. Josué
Acero.
https://www.youtube.com/watch?v=4XLsiFlSjAI