Меню

Как выбрать блок бесперебойного или резервного питания

11. Схемы резервирования источников питания

Для резервирования питания ответственных энергопотребителей используют параллельное соединение нескольких источников питания, исключая при этом взаимное влияние одного источника на другой.
При повреждении или отключении одного из нескольких питающих устройств нагрузка автоматически и без разрыва цепи питания подключится к источнику питания, напряжение которого выше остальных. Обычно в цепях постоянного тока для разделения питающих цепей используют полупроводниковые диоды. Эти диоды препятствуют влиянию одного источника питания на другой. В то же время на этих диодах нерационально расходуется некоторая доля энергии источника питания. В этой связи в схемах резервирования стоит использовать диоды с минимальным падением напряжения на переходе. Обычно это германиевые диоды.
В первую очередь питание на нагрузку подают с основного источника, имеющего обычно (для реализации функции самопереключения на резервное питание) более высокое напряжение. В качестве такого источника чаще всего используют сетевое напряжение (через блок питания). В качестве источника резервного питания обычно используют батарею или аккумулятор, имеющие напряжение заведомо меньшее, чем у основного источника питания.
Самые простые и очевидные схемы резервирования источников постоянного тока показаны на рис. 10.1 и 10.2. Подобным образом можно подключить неограниченное количество источников питания к ответственному радиоэлектронному оборудованию.
Схема резервирования источников питания (рис. 10.2) отличается тем, что роль диодов, разделяющих источники питания, выполняют светодиоды. Свечение светодиода индицирует задействованный источник питания (обычно имеющий более высокое напряжение). Недостатком подобного схемного решения является то, что максимальный ток, потребляемый нагрузкой, невелик и непревышает максимально допустимого прямого тока через свето-диод.

Рис. 10.1. Основная схема резервирования источников питания

Рис. 10.2. Схема резервирования источников питания с использованием светодиодов

Рис. 10.3. Схема резервирования источника питания охранного устройства

Кроме того, на светодиоде падает около двух вольт, необходимых для его работы. Световая индикация неустойчива при несущественной разности напряжений питания.
Схема авторезервирования источника питания для ответственного оборудования — охранного устройства [10.1, 10.2] — приведена на рис. 10.3. На схеме условно показан основной — сетевой источник питания. На его выходе — нагрузке RH и конденсаторе С2 — формируется стабильное напряжение 12 6 или более! Батарея резервного питания GB1 подключена к сопротивлению нагрузки через цепочку диодов VD1 и VD2. Поскольку разность напряжения на этих диодах минимальна, ток через диоды в нагрузку не протекает. Однако, стоит отключиться основному
источнику питающего напряжения, как диоды откроются. Таким образом питание подается на нагрузку без перебоев.
Светодиод HL1 индицирует исправное состояние резервного источника питания, а диод VD2 не допускает питание светодио-да от источника основного питания.
Схему можно изменить таким образом, чтобы два светодио-да независимо друг от друга индицировали рабочее состояние обоих источников питания. Для этого достаточно схему (рис. 10.3) дополнить элементами индикации.
Устройство для автоматического включения резервной батареи питания описано в патенте ГДР № 271600 [10.3], а его схема показана на рис. 10.4.

Рис. 10.4. Схема устройства для автоматического включения резервной батареи питания

В исходном (штатном) режиме ток от источника основного питания Еа через светодиод-индикатор тока нагрузки поступает в нагрузку. Транзистор VT1 открыт, транзистор VT2 закрыт, резервная батарея питания Еь отключена. Как только произойдет отключение основного источника питания, светодиод HL1 погаснет, закроется транзистор VT1 и, соответственно, откроется транзистор VT2. Батарея Еь подключится к нагрузке.
Недостатком устройства является то, что максимальный ток через нагрузку не может превышать максимально допустимого тока через светодиод. Кроме того, на самом светодиоде теряется до 2 В. Если пожертвовать функцией индикации и заменить светодиод на германиевый диод, рассчитанный на повышенный ток, это ограничение снимется.
Для нормальной работы телефонных автоматических определителей номера (АОН) необходимым условием является
использование резервного источника питания. Схема одного из них [10.4] показана на рис. 10.5.
Когда источник питания включают в сеть, срабатывает реле К1, которое одновременно является датчиком разряда аккумулятора GB1. Через резистор R2 протекает зарядный ток 5. 10 мА. При отключении сетевого напряжения устройство получает питание от аккумулятора GB1, однако, если напряжение на аккумуляторе упадет ниже 6,5 В, реле отключится. Контакты реле разомкнут цепь питания и защитят таким образом аккумулятор от дальнейшего разряда.

Рис. 10.5. Схема автоматического включения резервного источника питания для АОНа

Аккумуляторная батарея состоит из шести элементов Д-0,55. Ее ресурса хватает для автономной работы телефона в течение часа.
В схеме использовано реле РЭС-64А РС4.569.724.
Налаживают устройство подбором резистора R1, которым устанавливают напряжение отпускания реле К1. Подбором R2 устанавливают величину зарядного тока. Для исключения перезаряда аккумулятора рекомендуется снизить величину зарядного тока до 0,2 мА.
Автоматический перевод питания нагрузки, например, радиоприемника, на резервное батарейное питание при отключении сетевого источника питания позволяет осуществить устройство по схеме на рис. 10.6 [10.5]. Режим работы устройства индицируется свечением светодиода: зеленый цвет — работа в штатном режиме; красный — в аварийном (на батареях).
Особенностью индикатора является то, что при работе от батареи ее разряд через подключенный основной блок питания исключен за счет использования диода в цепи затвора полевого транзистора.
Для того чтобы при работе устройства от блока питания не происходила подпитка нагрузки от батареи, выходное напряжение блока питания должно на 0, 7. 0, 8 В превышать напряжение батареи.

Рис. 10.6. Схема автоматического переключения нагрузки на резервное питание с индикацией

Рис. 10.7. Схема автоматического коммутатора питания

Дальнейшим развитием предыдущего устройства является автоматический коммутатор питания (рис. 10.7) [10.6]. Устройство предназначено для установки в любые носимые и переносные устройства (приемники, плейеры, магнитофоны), имеющие внутренние источники питания. Автоматический коммутатор питания позволяет автоматически переходить от внутреннего к внешнему питанию и обратно.
В исходном состоянии, когда внешний источник питания отключен, реле К1 обесточено, и через его нормально замкнутые контакты напряжение подается с батареи GB1 на нагрузку RH и через диод VD1 на нижний по схеме (красный) диод HL1. При подключении внешнего источника питания реле К1 срабатывает, его контакты К1.1 устанавливаются в нижнее по схеме положение, и питание на нагрузку подается от внешнего источника. Так как на анод верхнего по схеме диода HL1 (зеленого цвета) подается напряжение на 2 В больше, чем на анод нижнего диода HL1 (красного цвета), двухцветный двуханодный светодиод HL1 светится зеленым цветом, указывая на режим работы от сети. При пропадании сетевого напряжения обмотка реле К1 обесточивается, и нагрузка автоматически переключается на работу от батареи GB1. Об этом сигнализирует индикатор HL1, меняя цвет свечения с зеленого на красный. Диод VD1 следует взять типа КД503, КД521 или КД510. Падение напряжения на нем в прямом включении должно быть не менее 0,7 б.-Тогда при свечении зеленого светодиода не будет подсвечиваться красный.
Резистором R2 устанавливают ток через HL1, равный 20 мА. Реле К1 типа РЭС-15 (паспорт РС4.591.005) или другое с рабочим напряжением не более 5 В. Обычно срабатывание реле происходит при напряжении, на 30. 40% меньшем его рабочего напряжения.
При настройке устройства резистор R1 подбирают такой величины, чтобы реле К1 надежно срабатывало при напряжении 4 В. При использовании реле К1 других типов с напряжением срабатывания, близким к 4,5 В, резистор R1 можно исключить.
При сетевом питании электронно-механических часов наблюдается неприятный эффект: при отключении сетевого напряжения происходит остановка хода часов.
Более надежными и удобными в эксплуатации являются комбинированные блоки питания — сетевые блоки питания в сочетании с никель-кадмиевыми аккумуляторами Д-0,1 или Д-0,125 (рис. 10.8) [10.7].
Здесь конденсаторы С1 и С2 выполняют функцию балластных реактивных элементов, гасящих избыточное напряжение сети. Резистор R2 служит для разрядки конденсаторов С1 и С2 при отключении устройства от сети.
Если контакты выключателя SA1 замкнуты, то при отрицательной полуволне сетевого напряжения на верхнем (по схеме) проводе диод VD2 откроется, и через него будут заряжаться конденсаторы С1 и С2. При положительных же полуволнах конденсаторы станут перезаряжаться, ток потечет, в первую очередь, через открытый диод VD3 и начнет подзаряжаться аккумулятор GB1 и конденсатор СЗ. Напряжение на полностью заряженном аккумуляторе будет не менее 1,35 В, на светодиоде HL1 — около 2 В. Поэтому светодиод начнет открываться и тем самым ограничивать зарядный ток аккумулятора. Следовательно, аккумулятор постоянно будет в заряженном состоянии.

Рис. 10.8. Комбинированный блок питания электронно-механических часов

При наличии напряжения в сети часы питаются от нее во время положительных полупериодов, а во время отрицательных полупериодов — энергией, запасенной аккумулятором GB1 и конденсатором СЗ. При пропадании сетевого напряжения источником питания становится аккумулятор.
Освещение циферблата включают размыканием контактов выключателя SA1. В этом случае ток зарядки и разрядки конденсаторов С1 и С2 протекает через нити накала ламп EL1 и EL2, и они начинают светиться. А ранее замкнутый двуханодный стабилитрон VD1 теперь выполняет две функции: ограничивает напряжение на лампах до значения, при котором они светятся с небольшим недокалом, а в случае перегорания нити накала одной из ламп пропускает через себя зарядно-разрядный ток конденсаторов, что предотвращает нарушение работы блока питания в целом.
Двуханодный стабилитрон VD1 типа КС213Б можно заменить на два включенных встречно-последовательно стабилитрона Д814Д, КС213Ж, КС512А. Светодиод HL1 — АЛ341 с прямым падением напряжения при токе 10 мА — 1,9. 2,1 В. Лампы накаливания EL1 и EL2 типа СМН6,3-20 (на напряжение 6,3 В и ток и м/ч; или аналогичные, корпус выключателя SA1 должен быть надежно изолирован от сети.
В блоке питания для электронных часов (рис. 10.9) гашение избыточного сетевого напряжения осуществляется резисторами R1 и R2 [10.8]. Это не самое экономичное решение проблемы, но при малых токах потребления вполне оправдано. Кроме того, при случайном касании выхода выпрямителя максимальный ток через тело человека не достигнет опасных значений (не более 4 мА), поскольку величина ограничивающих ток резисторов достаточно велика.

Рис. 10.9. Схема резервированного питания электронных часов

С выхода стабилизатора (аналога стабилитрона и, одновременно, индикатора включения — светодиода HL1) напряжение питания через германиевый диод VD5 подается на электронные часы. В случае отключения сетевого напряжения часы получают питание от батареи GB1, при наличии сетевого напряжения ток выпрямителя подзаряжает элемент питания. В схеме не использован конденсатор фильтра. Роль конденсатора фильтра большой емкости выполняет сам элемент питания.
Электронно-механические часы обычно питают от одного гальванического элемента напряжением 1,5 В. Предлагаемый источник бесперебойного питания (рис. 10.10) для кварцевых электронно-механических часов вырабатывает напряжение 1,4 В при среднем токе нагрузки 1 мА [10.9]. Напряжение, снимаемое с емкостного делителя С1 и С2, выпрямляет узел на элементах VD1, VD2, СЗ. Без нагрузки напряжение на конденсаторе СЗ не превышает 12 В.
Рассмотренные ранее устройства автоматического перехода на резервное питания в случае отключения основного источника использовали в качестве базового (основного) источник постоянного тока. Менее известны схемы резервирования устройств, работающие на переменном токе. Схема одного из них, способного работать в цепях как постоянного, так и переменного тока приведена ниже [10.10].

Рис. 10.10. Схема низковольтного источника бесперебойного питания

Рис. 10.11. Схема включения источника резервного питания с гальванической развязко й

Схема включения источника резервного питания с гальванической развязкой (ИР/7) питается от источника управляющего сигнала (рис. 10.11), потребляя при этом минимальный ток (доли мА). Управляющий сигнал поступает на резистивный делитель R1, R2. Стабилитрон VD6 и диоды VD1 — VD5 защищают вход устройства от перенапряжения и неправильного подключения полярности. ИР/7 отключен контактами реле К1.1. Напряжение, снимаемое с резистора R2 и стабилитрона VD6, поступает через диод VD5 на электролитический конденсатор С1 большой емкости. Этот конденсатор при первом включении устройства заряжается до 9. 10 В за 2.. .3 минуты, после чего схема готова к работе. Скорость заряда и потребляемый устройством ток определяются резистором R1. Транзистор VT1 закрыт падением напряжения на VD5.

Читайте также:  Параллельная работа блоков питания постоянного тока

Через диод VD7 и резистор R4 устройство подключено к ИР/7.
При отключении управляющего напряжения переход эмиттер — база входного транзистора устройства более не шунтируется. Транзисторы VT1 и VT2 открываются. Конденсатор С1 разряжается через реле К1 и транзистор VT2. Контакты К1.1 реле замыкаются, включая ИРП. Питание на схему поступает от ИРП. Одновременно контакты реле К1.2 могут управлять другой нагрузкой. Если на входе устройства вновь появляется управляющее напряжение, транзистор VT1 запирается. Соответственно, запирается и транзистор VT2. Реле К1 обесточивается, отключая своими контактами К1.1 ИРП. Напряжение на конденсаторе С1 сохраняется на уровне 9. 10 Б, и схема переходит в ждущий режим работы.

Источник

Как выбрать блок бесперебойного или резервного питания

При построении любой системы безопасности, будь то система ОПС, ССТV или СКУД, всегда необходимо тщательно подходить к немаловажному вопросу обеспечения гарантированного электропитания системы. К сожалению, очень часто проектные и монтажные организации относятся к этому достаточно формально, что связано, в первую очередь, с кажущейся незначительностью вопроса и с отсутствием достаточно объективной информации по техническим характеристикам используемых приборов и, как следствие, объективных критериев для выбора.

В данной статье я попытаюсь указать на те основные моменты, которые следует учитывать при принятии решения о выборе оборудовании и корректном расчете электропитания. Как заметил после выставки в Санкт-Петербурге один уважаемый мною человек, хорошо знающий рынок security: «Теперь только самый ленивый не делает блоки питания». И действительно, из всего многообразия аппаратуры, которая, так или иначе, применяется в охранных системах, блоки питания являются одними из самых функционально «простых» устройств.

Именно эта кажущаяся простота и привела к появлению на рынке огромного количества производителей и огромного количества блоков. А это, к сожалению, приводит к тому, что в пылу конкуренции производители сознательно идут на обман потребителя, приводя в рекламно-информационных материалах неверные и откровенно завышенные параметры своих источников. При этом очень трудно поймать их за руку, ибо не существует общепринятых стандартов и терминологии для систем гарантированного электропитания.

Сертификация оборудования в данном случае не является гарантом его качества, ибо при сертификации проверяется соответствие реальных параметров прибора заявленным в технической документации и не более того.
Начнем с терминологии и классификации блоков. Все, что будет сказано ниже, относится к блокам питания постоянного тока для питания низковольтных (12 В, 24 В) слаботочных цепей. Блоки гарантированного питания 220 В — тема для отдельного разговора.

Все блоки по типу использования можно разделить на 2 основных класса:

  • ББП — блоки бесперебойного питания или блоки питания резервированные. Более понятно, но редко, их называют «блоками непрерывного питания». Подобные устройства предназначены для питания аппаратуры, которая не имеет своего встроенного сетевого источника питания. Как следует из названия, ББП обеспечивают питания нагрузки ВСЕГДА с указанными параметрами. Подобные блоки состоят из сетевого источника питания достаточной мощности, зарядного устройства для аккумуляторной батареи (АКБ) и схемы переключения нагрузки с сетевого источника на АКБ.
  • БРП — блоки резервного питания. Предназначены для обеспечения питания нагрузки при отсутствии основного источника (сети 220 В). Работают с аппаратурой, которая имеет встроенный сетевой преобразователь и входы под резервное питание. По сути, представляют собой сетевые зарядные устройства для АКБ и схемы защиты.

Понятно, что блок бесперебойного питания можно использовать как блок резервного питания, но не наоборот. Блоки резервного питания существенно дешевле, т.к в них отсутствует мощный сетевой преобразователь.
Часто встречаются изделия, которые могут обеспечивать один ток в режиме ББП и гораздо больший ток в режиме БРП. Это совершенно понятно, т.к. в режиме отсутствия сети источником тока является аккумулятор, который, как известно, способен отдавать достаточно большие токи, и ограничением здесь являются только цепи защиты.

Наиболее типичны ситуации, когда ток источника в резервном режиме превышает в 2-3 раза ток в режиме бесперебойного источника. Для некоторых специфичных применений, таких, например, как системы оповещения или пожаротушения, иногда можно применять блоки резервного питания как основные источники питания, т.к. подобные системы характеризуются ничтожно малым током потребления в дежурном режиме и большими токами в момент срабатывания или активирования систем пожаротушения.

По схемотехническим решениям блоки можно разделить на 3 класса:

Основным критерием является способ построения мощного низковольтного стабилизатора.

  • Блоки с импульсным бестрансформаторным стабилизатором. Имеют массу недостатков и очень сомнительные достоинства — малые габариты, массу и КПД. Поэтому применяются крайне редко. Имеют крайне низкую надёжность, плохую ремонтопригодность, высокий уровень помех. Подобные блоки применяются в современных телевизорах и компьютерах, но не нашли распространения в охранной технике, т.к. ни один телевизор, в отличие от охранной системы, не предназначен для работы в течение 5 лет не выключаясь. Хотя будущее наверняка за ними — по мере появления надёжной и недорогой комплектации для построения подобных узлов.
  • Трансформаторные блоки с ШИМ-стабилизатором. Достоинства — высокий КПД и низкая цена при токах более З А. Недостатки — малая надёжность, плохая ремонтопригодность, ВЧ помехи в нагрузке. Последнее время они получают большое развитие, что, на мой взгляд, связано с появлением недорогой и надёжной комплектации. В любом случае, при токах менее 2 А применение подобных блоков нецелесообразно. Иногда ШИМ-стабилизаторы применяются для преобразования одного напряжения в другое при построении блоков с несколькими напряжениями на выходе или при необходимости получить напряжения, не равные напряжению АКБ.
  • Трансформаторные блоки с линейными стабилизаторами. Достоинства — высокая надёжность, низкий уровень помех, отличная ремонтопригодность, дешевизна при токах менее 2 А. Недостатки — большая масса и габариты при больших токах, высокая стоимость при больших токах, низкий КПД.

Многолетний опыт работы показывает, что при выборе источника питания для систем безопасности основной критерий — это надежность и запас прочности. С этой точки зрения, выбор, бесспорно, падает на классические линейные источники.

По устойчивости к внешним воздействиям они не знают себе разных. Более того, они абсолютно не создают помех другой аппаратуре. При токах до 2-3 А эти блоки дешевле и по цене. При токах З А и выше последнее время все чаще используются ШИМ-стабилизаторы, которые при применении некоторых схемотехнических ухищрений по надежности и качеству выходного тока приближаются к линейным схемам при меньшей стоимости. С другой стороны существует общая тенденция к снижению токопотребления аппаратуры. Поэтому, на мой взгляд, ещё долго основными источниками для ОПС будут классические линейные источники.

Выходное напряжение блока питания

Всем известно, что свинцовый аккумулятор с напряжением 12 В реально имеет напряжение на клеммах до 14,5 В в заряженном состоянии без нагрузки, которое может падать до 10 В и менее при разряженном аккумуляторе. Так же, когда мы говорим о ББП с напряжением 12 В, это вовсе не означает, что напряжение на выходе блока будет именно 12 В. Как правило, это напряжение немного меньше, чем напряжение заряженной АКБ в буферном режиме — 13,2-13,8 В. Существуют источники, у которых напряжение действительно поддерживается точно 12 В. Есть источники, в которых напряжение может регулироваться в некоторых пределах.

В зависимости от типа источника, при работе от АКБ (в резервном режиме) напряжение на выходе либо падает постепенно до 10,0-10,5 В (так устроены большинство блоков) по мере разряда АКБ, либо остается стабилизированным на уровне 12 В (такое встречается реже в сложных источниках с ШИМ-преобразователями).

Поэтому, прежде всего, Вам необходимо выяснить, в каком диапазоне напряжений способна работать ваша аппаратура. Как правило, современные 12 В камеры или датчики известных производителей сохраняют свою работоспособность в диапазонах от 9 до 15 В. Но известны случаи, когда «безымянные» корейские камеры горели при подаче на них напряжения порядка 14 В, что иногда встречается а ББП. Большинство производителей указывает в паспортах на ББП диапазон выходных напряжений при наличии сети и при работе от АКБ.

Уровень пульсаций на выходе

Уровень пульсаций — один из тех параметров, в котором допускается произвол в определении. При сравнении блоков надо внимательно смотреть, какой именно параметр пульсаций задан в паспорте. Для трансформаторных блоков наиболее объективным параметром является двойная амплитуда пульсаций.

Очень часто недобросовестные производители указывают в паспорте параметр «амплитуда пульсаций», который, естественно, оказывается в 2 раза ниже (т.е. лучше). А если для обычного трансформаторного блока указан параметр «эффективное напряжение пульсаций», то производитель обманывает вас примерно в 3 раза! С другой стороны, для блока с высоким уровнем ВЧ помех (для импульсных блоков), наоборот, параметр эффективного значения пульсаций является наиболее объективным, т.к. зачастую невозможно корректно померить амплитуду ВЧ импульсов.

И, конечно, важно, в каком режиме мерились эти пульсации. По всем правилам пульсации должны измеряться в самом жестком режиме — при минимально допустимом напряжении сети на входе (187В) и при максимальной нагрузке выхода блока. По всей видимости, не все производители блоков это знают, ибо проводимые нами испытания приборов различных производителей показывают, что у некоторых из них уровень пульсаций не соответствует заявляемым в документации именно при испытаниях в критических режимах.

Диапазон входных напряжений сети

Здесь потребителя ждет подвох. Согласно существующему ГОСТу на электросети, в РФ напряжение в сети установлено 220 +10% -15%. Т.е. в диапазоне от 187 до 242 В. Любой блок питания должен обеспечивать все свои указанные параметры в этом диапазоне входных напряжений во всем диапазоне рабочих температур. Обеспечить подобный интервал, особенно для мощных блоков — задача не самая простая. Потому что при минимальном напряжении и максимальном токе блок должен сохранить стабильность напряжения, а при максимальном уровне напряжения в сети и максимальном токе — не выйти из строя из-за перегрева при максимально допустимой температуре окружающей среды.

Ну, а чтоб не мучиться со всем этом, многие производители идут на то, что указывают в документации более узкий диапазон входных напряжений — 198-242 В (т.е. не минус 15% как положено, а минус 10%). При этом формально они правы, поскольку указали допустимый диапазон и обеспечили работоспособность прибора. Но что толку от этого потребителю, если 190 В в сети в большинстве регионов — это норма! Что произойдет с таким блоком в данной ситуации? АКБ не будет полностью заряжаться и, как следствие, не будет обеспечивать расчетного времени работы, и возможен срыв стабилизации (резкий рост пульсаций) при токах, близких к максимальному, что приведёт, скорее всего, к ложному срабатыванию системы ОПС.

Выходной ток источника

И вот тут мы подошли к главному полю битвы за сердца (а точнее, кошельки) добросовестных монтажников ОПС. Полная неразбериха в терминологии дает возможность манипулировать цифрами в огромных пределах. Сразу хочу указать единственно справедливый и объективный параметр: номинальный ток нагрузки — это ток, который может отдаваться при питании от сети в нагрузку ВСЕГДА, независимо от обстоятельств, сколь угодно длительное время и при сохранении уровня пульсаций. При любом допустимом напряжении в сети, при любом состоянии АКБ, при любых климатических условиях в допустимом рабочем интервале температур.

Читайте также:  Устранение причин перегрева блока питания ноутбука

Любые другие параметры носят либо дополнительный справочный характер, либо призваны задурить голову потребителю. Помните, если в паспорте на блок питания не указан этот параметр (или его синоним),— Вы держите в руках кусок железа. Даже если указан параметр типа «номинальный ток нагрузки без АКБ», это означает, что указанный ток блок может отдавать без установленной батареи, а с ней ток будет НИЖЕ, а иногда существенно ниже! Поясню с помощью сильно упрощенной блок-схемы ББП:

Iс — ток, который обеспечивает сетевой преобразователь, идет на зарядку АКБ Iз и на питание нагрузки Iвых. Когда в параметрах указывается что-либо типа «максимальный ток без АКБ», то это как раз ток сетевого преобразователя, т.к. в случае отсутствия АКБ Iз=0, и весь его ток пойдет в нагрузку. А вот если АКБ присутствует и разряжена, то часть тока будет уходить на зарядку АКБ, и только оставшаяся часть Iвых может отдаваться в нагрузку. Когда АКБ заряжена, то она не потребляет тока, а вот после некоторого времени работы в резервном режиме и последующем включении сети, АКБ может потреблять достаточно большой ток.

Так, например, один часто используемый источник, который, согласно рекламным материалам, обеспечивает ток 1 А и даже 1.6 А кратковременно, на самом деле обеспечивает гарантированно в нагрузку ток всего 0.35 А, что становится ясным после детального изучения паспорта на него. Т.е. в 3 раза ниже заявленного в рекламных материалах! При внимательном изучении паспорта на данный прибор выясняется, что при работе с АКБ максимальный ток 0.7 А, и из них 0.35 А идет на зарядку АКБ при сильно разряженной АКБ!

Схема защиты АКБ от глубокого разряда

Известно, что обычный свинцовый 12 В аккумулятор при глубоком разряде и падении напряжения ниже примерно 10 В выходит из строя из-за необратимых химических изменений. Однако этого недостатка лишены герметичные необслуживаемые АКБ с гелевым электролитом. Подобные батареи от нормальных производителей выдерживают до 200 циклов глубокого разряда, более того, 50-60 циклов являются хорошей тренировкой АКБ и несколько поднимают её ёмкость.

Тем не менее, считается правилом хорошего тона встраивать в источники бесперебойного питания схему отключения АКБ при достижении опасного порога глубокого разряда. Последнее время это стало особенно актуально в связи с появлением на рынке дешевых китайских АКБ, которые из-за применения при их производстве более дешевых технологий и материалов едва выдерживают несколько циклов, а то и вообще их не выдерживают. Для таких АКБ, бесспорно, необходимо применение схем защиты. Хотя лучше вообще не использовать подобные АКБ, тем более, что разница в цене между нормальным и «китайским» аккумулятором не такая уж и большая.

Проблема заключается в том, что, как и любые другие вещи, китайские производители АКБ часто подделывают известные марки АКБ. Единственный способ уберечься от подделки — это покупать АКБ в проверенных фирмах, в которых Вам наверняка скажут, что именно это за батарея.

Схемы защиты АКБ тоже бывают разными. Нормальные устройства выполнены на базе реле или на мощном дорогом полевом транзисторе. Применение дешевых биполярных транзисторов в качестве ключей приводит к дополнительному падению напряжения на ключе и, как следствие, к сокращению времени резервной работы.

Как выбрать блок бесперебойного питания?

Шаг I

Составьте список используемого оборудования (потребителей), разделив его на три категории:

  • приборы, которые включены всегда, и не имеют своего штатного сетевого источника питания (датчики, камеры и т.п.);
  • приборы, которые включены всегда, но имеют свой штатный источник питания (обычно это ППК, мониторы и т.п.);
  • приборы, которые будут включаться периодически и кратковременно (сирены, узлы пожаротушения и т.п.).

Просуммируйте ток потребления приборов этих трёх категорий. Обозначим эти токи — I1, I2, I3.
Ток, который должен обеспечивать источник при наличии сети Iс=I1.
Ток, который должен обеспечивать источник при отключении сети от резервных батарей Iр= I1+I2.
Ток, который должен обеспечивать источник кратковременно (в зависимости от времени работы устройств третьего типа) Iк= I1+I2+I3.

Если у Вас довольно большая система, и ток Iс превосходит 2 А, попытайтесь проанализировать, существует ли возможность разделить питания аппаратуры по группам. Применение нескольких источников питания часто бывает удобно с точки зрения монтажа, особенно на объектах, имеющих большую протяженность (нельзя забывать о потерях на соединительных проводах), и существенно повышает надежность всей системы в целом. Разница в цене нескольких маломощных источников и одного мощного обычно бывает незначительной.

Разделение нагрузки на несколько источников также бывает целесообразно при необходимости обеспечить длительное время резервирования. Связано это с тем, что подавляющее количество источников рассчитано на работу с АКБ ёмкостью 7 или 11 Ач, а это означает, что ток 2 А в течении 6 часов уже получить не удастся. В таком случае стоит разбить нагрузку на два источника с током 1 А каждый и емкостью 7 Ач. Стоимость обеспечения питания при этом вырастет несущественно.

При разделении нагрузки на несколько групп указанные выше токи следует определить для каждой группы. При разделении на группы следует по возможности объединять потребителей с однотипными режимами потребления, прежде всего, выделять потребителей 2-й и 3-й группы. В этом случае их можно будет запитывать от недорогих резервных источников. Соответственно потребителей 1-й группы необходимо питать от более дорогих источников непрерывного питания.

Шаг II

Следует определить, какое время резервирования Вам необходимо. Допустим, это время t, выраженное в часах. Тогда оптимальную ёмкость АКБ для обычных источников без преобразования напряжения батареи можно рассчитать по формуле:
А = 1.3 х Iр х t.

Коэффициент 1,3 следует применять, т.к. реально в нормальных режимах АКБ способна отдавать примерно не более 70 % емкости. Более того, подобное верно для АКБ хорошего качества. Если Вы используете дешевые «китайские» батареи, то стоит емкость увеличить еще примерно на 30 %.

В случае использования источников с преобразованием напряжения АКБ, необходимо указанную емкость умножить на коэффициент преобразования и дополнительно увеличить на 30 %, чтобы компенсировать потери при преобразовании. Например, если Вы используете источник с одной батареей 12 В, а на выходе получаете 24 В, 0.8 А (т.е. коэффициент преобразования =2), то для обеспечения 4 часов работы Вам нужно иметь емкость АКБ:
А = 1.3 х 0.8 А х 4ч х 2 х 1.3 = 10.8 Ач — для АКБ хорошего качества.

Для «китайской» АКБ я бы рекомендовал иметь 10.8 + 30% = 14 Ач.

Некоторые читатели могут меня упрекнуть в излишней осторожности и завышении коэффициентов, но напоминаю, что мы говорим о сохранении работоспособности систем безопасности, а потому даже после всех расчетов я бы для верности накинул еще процентов 30 %, ибо емкости аккумуляторов никогда не бывает много.

Шаг III

Итак, Вам известны токи Iс, Iр, Iк и емкость АКБ А. Пора выбирать источник. В самом простом случае, а также, если Вы не можете разделить нагрузку по типам потребителей. Вы выбираете источник, который сможет обеспечить Iк — самый большой из токов.

Если система достаточно большая, и Вы хотите оптимизировать ее, то стоит применять два прибора — один бесперебойный, обеспечивающий ток Iс, и резервный источник питания, рассчитанный на ток (Iк — Iс).

Источник



Источники бесперебойного и резервного питания

d0b1d0b5d0b7d18bd0bcd18fd0bdd0bdd18bd0b9565

Об источниках бесперебойного и резервного питания для систем ОПС написано немало, тем не менее часто отсутствует даже единообразная терминология, поэтому начнем именно с терминологии.

Итак, различают источники резервного (гарантированного) питания и источники бесперебойного питания.

Источник резервного (гарантированного) питания используется, когда система или какая-то из ее составляющих постоянно питаются от основного источника питания. Резервный источник подключается лишь при пропадании напряжения в основной питающей цепи. В зависимости от модели блока питания подключение может происходить в ручном или автоматическом режиме. Источники резервного питания можно рассматривать как зарядные устройства АКБ.

Источники бесперебойного питания или источники вторичного электропитания резервированные (ИВЭПР) предназначены для питания аппаратуры, которая не имеет своего встроенного сетевого источника питания. Они должны всегда обеспечивать питание нагрузки с указанными параметрами.

Источник бесперебойного питания одновременно выполняет функции и основного, и резервного. То есть, если в основной цепи напряжение по каким-то причинам пропадает, источник в автоматическом режиме переходит на резервное питание. Подобные блоки состоят из сетевого источника питания достаточной мощности, зарядного устройства для аккумуляторной батареи (АКБ) и схемы переключения нагрузки с сетевого источника на АКБ.

Специалисты выделяют еще одну группу: источники бесперебойного питания гибридного типа. Это буферные источники питания. Данные устройства можно рассматривать как источники бесперебойного или как резервного питания в зависимости от того, как будет распределена величина тока стабилизатора между током заряда АКБ и током нагрузки. Использование источников этого типа предоставляет возможность пользователю выбирать, что ему необходимо, — сокращение времени заряда АКБ за счёт увеличения тока заряда в пределах зарядных характеристик или перераспределения большей величины тока стабилизатора на нагрузку, сокращая при этом ток заряда АКБ, что приведёт к возрастанию времени её зарядки.

Системы резервирования всего объекта – это, как правило, системы достаточно большой мощности (от 0,5 до 100 кВт). Они обеспечивают подачу в сеть напряжения 220 В частотой 50 Гц, которым и питаются все вторичные источники. В основном для этой цели применяются бензиновые или дизельные электростанции, хотя в последнее время рынок все больше начинают завоевывать инверторные источники питания, работающие от аккумуляторов, а также комбинированные системы с использованием так называемых альтернативных источников энергии (ветродвигатели, солнечные батареи и т.п.).

Автономные источники бесперебойного или резервного питания, обеспечивающие подачу электроэнергии на одно или несколько устройств или систем. Эти источники имеют мощность до 500 Вт и обеспечивают выходные напряжения, характерные для питания приборов охранно-пожарной сигнализации и связи, а именно 12, 24 и 60 В постоянного тока.

Встроенные в прибор или узел системы резервного питания – это гальванические элементы или аккумуляторы, которые нужно периодически подзаряжать с помощью внешнего устройства. В более сложных системах аккумулятор подзаряжается от встроенного в изделие зарядного устройства.

Какую схему организации резервного или бесперебойного питания наиболее целесообразно использовать для систем ОПС? В этом вопросе эксперты практически единодушны: автономные источники питания. Это решение предпочтительнее как с технологической точки зрения, так и по стоимости. Именно использование отдельных источников питания относительно небольшой мощности позволяет подобрать оптимальное решение конкретной задачи, подключая к одному источнику группу приборов с тем или иным напряжением питания и токопотреблением. В большинстве случаев удобнее использовать источники бесперебойного питания, так как в этом случае отпадает необходимость использования отдельного преобразователя (адаптера) напряжения сети 220 В для постоянного питания конкретного прибора необходимым напряжением (как уже отмечалось, источник бесперебойного питания выполняет функции и основного и резервного источников одновременно). Тем не менее, если прибор оснащен собственным сетевым адаптером или устройство в дежурном режиме не потребляет энергии, а потребляет ее от случая к случаю (например, в системах автоматического пожаротушения), целесообразно применять источники резервного питания, так как их цена ниже цены источников бесперебойного питания.

Читайте также:  Блок питания Corsair 850W RM850x CP 9020180 EU

Время резервирования определяется, в основном, двумя параметрами — током потребления питающихся от источника приборов и характеристиками применяемых химических источников тока.

Незаряжаемые одноразовые химические источники тока (батарейки) применяются, в основном, при использовании той схемы резервирования, когда батарейка является составной частью прибора. Целесообразность такого варианта питания очевидна при использовании, например, радиоканала связи между различными частями системы. То есть, когда части системы не соединяются проводами и каждый ее элемент питается от встроенной батарейки.

В независимых блоках бесперебойного и резервного питания, как правило, используются аккумуляторные батареи, которые могут заряжаться как встроенным в блок, так и внешним зарядным устройством.

Несколько слов о применяемых в системах ОПС аккумуляторных батареях.

По типу используемого химического процесса все аккумуляторы можно условно разделить на две большие группы — щелочные аккумуляторы и кислотные. В свою очередь, каждая из этих групп может быть разделена на подгруппы по целому ряду различных параметров. При этом каждому типу присущи свои достоинства и недостатки.

К основным достоинствам щелочных аккумуляторов можно отнести тот факт, что они не боятся глубокого разряда. Однако при работе в составе систем ОПС это достоинство использовать достаточно сложно. К примеру, допустимое напряжение питания какого-либо прибора ОПС лежит в пределах 9—14 В, а щелочная аккумуляторная батарея с номинальным напряжением 12 В может без ущерба быть разряжена до напряжения 3 В, однако при этом от нее уже не сможет нормально работать данный прибор. Недостатков же у щелочных аккумуляторов хватает, и к наиболее существенному необходимо отнести невозможность отбора от этих аккумуляторов больших токов, даже в кратковременном режиме потребления. Те же щелочные аккумуляторы, которые допускают большие разрядные токи, имеют очень высокую стоимость.

Что касается кислотных аккумуляторов (в первую очередь, относительно дешевых свинцово-кислотных), то до недавнего времени их основными недостатками являлись боязнь глубокого разряда и хлопотность использования агрессивного жидкого электролита на основе серной кислоты. Однако в 80-х годах мир начали активно завоевывать так называемые герметичные необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы (в зависимости от конструктивных особенностей внутреннего устройства они подразделяются на типы GP, HP, HV и т.п.). Их устройство таково, что они не требуют обслуживания и не выделяют наружу вредных веществ, что позволяет устанавливать их в помещениях, где постоянно находятся люди. Кроме того (и это, возможно, самое главное), они являются аккумуляторами глубокого разряда, то есть допускают отбор до 80% их номинальной емкости.

Единственным параметром источников питания, фигурирующим в нормативных документах по оснащению объектов системами ОПС, является длительность резервирования электропитания объектов. Для особо важных объектов эта длительность составляет 24 часа. Однако если объект включен в так называемый «список № 2», то есть перебои в энергоснабжении этого объекта от центральных электрических сетей не должны превышать 2 часов в сутки, требования к длительности могут быть снижены до 2,5 часа.

Отсутствием нормативных документов объясняется, в первую очередь, разнообразие применяемых на практике источников и еще большее разнообразие мнений относительно критериев выбора источника питания для конкретного объекта. К сожалению, многие поставщики резервированных источников (конечно, не производители, а торгующие организации) не обладают достаточной технической грамотностью, не говоря уже о наличии собственной лабораторно-технической базы. Это приводит к невозможности проверки и подтверждения параметров источников питания, заявляемых в рекламных, а иногда и в сопроводительных технических материалах перед попаданием изделия к конечному потребителю. А эта проверка, как показывает практика, оказывается далеко не лишней. Причем дело здесь отнюдь не в недобросовестности производителей или поставщиков оборудования, а опять-таки в отсутствии единых требований и норм, в том числе и отсутствие единообразия в терминологии.

В качестве классического примера можно привести заявляемый максимальный выходной ток, который источник способен отдать в нагрузку. В данном случае часто смешивают понятия «номинальный ток», то есть ток, который может потребляться от источника в долговременном (круглосуточном) режиме, «максимально допустимый ток источника», то есть ток, допускаемый в кратковременных режимах или импульсах (при этом должно указываться допустимое время потребления), и «максимальный выходной ток стабилизатора», то есть суммарный ток, выдаваемый источником, который может перераспределяться между током нагрузки, током, отбираемым для зарядки аккумуляторов, и токами для питания дополнительных внутренних или внешних сервисных устройств.

Основными параметрами, характеризующими источники питания, являются:
— выходное напряжение источника питания,
— уровень пульсаций выходного напряжения (величина напряжения пульсаций),
— выходной ток,
— пределы изменения напряжения питающей сети,
— величина напряжения на АКБ, при котором происходит автоматическое отключение нагрузки,
— максимальная мощность, потребляемая источником от питающей сети,
— ёмкость встроенной АКБ, ток или время полного заряда АКБ заданной ёмкости.

Для правильного выбора источника резервного или бесперебойного питания необходимо четко представлять исходные данные, касающиеся конкретного объекта, на котором будет использоваться источник. К таковым, в первую очередь, относятся:
• напряжения, которыми питаются приборы на объекте;
• величины потребляемых токов в номинальных и пиковых режимах;
• категория (значимость) объекта;
• частота и длительность отключений электроэнергии на объекте;
• критичность питаемой аппаратуры к пульсациям.

В понятие «категория» или «значимость» объекта включается то, насколько велики материальные средства, находящиеся на объекте, или какие социальные последствия могут произойти при проникновении посторонних лиц на объект или при его возгорании.

К особо важным объектам могут быть отнесены учреждения банков, хранилища оружия и боеприпасов, ядов и наркотических веществ, взрывчатых и радиоактивных материалов, базы и склады, на которых сосредоточено большое количество материальных ценностей. На этих объектах, как правило, резерв электропитания должен составлять 24 часа.

На остальных объектах для рационального расчета длительности резервного питания исходят из реально возможной частоты и длительности отключений электроэнергии в основных питающих сетях.

Скачать:
1. Расчет времени работы РИП от резервного аккумулятора — Пожалуйста Войдите или Зарегистрируйтесь для доступа к этому контенту

Источник

Да будет свет! Система резервного питания в загородном доме

Ничего не может быть хуже, чем отключение света зимой. Любой из загородных жителей рано или поздно сталкивается с ситуацией, когда лампочки гаснут, скважинный насос перестаёт качать воду, а батареи системы отопления остывают на глазах. Время задействовать резервное питание!

Большинство скажет: надо просто завести генератор и подключить к нему приборы и оборудование в доме. Не всё так просто. Пользователи forumhouse.ru хорошо знают, как запустить генератор на морозе.

Но есть и другое решение проблемы с перебоями электричества: система резервного питания дома или сокращённо – СРП.

Для правильного выбора такой системы питания необходимо понять, чем она отличается от системы автономного питания (САП).

СРП используется в том случае, когда дом подключён к основной электросети. При отключении основного питания резервное электропитание «подхватывает» основных потребителей электроэнергии: скважинный насос, котёл, холодильник, компьютер, телевизор и другое электрооборудование. САП – это основная система электропитания для дома, применяемая при полном отсутствии основной электросети.

Переходим к выбору системы резервного питания. По мнению Андрей-АА, существует 4 основных типа резервного питания для дома.

  • Если сеть отключается ненадолго, но суммарно в месяц более чем на 10 часов, то оптимальной будет система, состоящая из инвертора, зарядного устройства и блока аккумуляторов, заряжаемых от сети.
  • Если сеть отключают менее чем на 10 часов в месяц, то выгодней система из электрогенератора с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), оборудованного системой автоматического пуска.
  • Если сеть отключают часто и надолго, или когда напряжение в сети слишком низкое, то оптимальной является система, состоящая из генератора, блока аккумуляторов, зарядного устройства и инвертора.
  • Если требуемую мощность можно ограничить 1-1,5 кВт, то в качестве резервной системы питания можно использовать автомобиль с подключённым к нему инвертором.

Остановимся подробнее на третьем варианте. Пользователь с ником galexy456 предлагает пошаговый план создания бюджетной системы резервного питания для дома.

1 В электрический щиток заводятся два кабеля из подсобного помещения. Первый кабель необходим, чтобы подать электричество на инвертор. Второй – чтобы передать электричество от инвертора в дом.

У меня на улице смонтирован маленький щиток, в котором реализована схема автоматического ввода резерва, или сокращённо АВР

2 В подсобное помещение ставим инвертор, аккумуляторы и коммутируем все устройства.

Я рекомендую выбирать инвертор с синусоидальным выходным напряжением.

В случае отключения электричества такая система работает следующим образом. АВР самостоятельно и быстро – так, что приборы не успевают отключиться, переключает питание с основного на резервное.

Теперь все подключённые энергопотребители продолжают работать от аккумуляторов и инвертора. Если энергоснабжение отсутствует больше 5-6 часов, то, не дожидаясь полного разряда аккумуляторов (от этого сильно сокращается срок их службы), для продолжения бесперебойного питания необходимо вручную завести генератор.

Существуют системы резервного питания с автоматическим запуском генератора, установленным в отапливаемом подсобном помещении и снабжённом принудительным отводом выхлопных газов. Главный недостаток таких СРП – это их высокая цена.

После запуска генератора инвертор переводит нагрузку на питание приборов от него и одновременно начинает заряжать аккумуляторы. Таким образом, продлевается время работы системы и экономится моторесурс генератора, т.к. он работает не в постоянном режиме.

Любая, даже самая продвинутая и дорогая система резервного питания, в первую очередь, приучает экономить энергоресурсы в доме, т.к. от этого напрямую зависит время работы системы резервного электроснабжения дома.

  • заменить все лампочки в доме на энергосберегающие;
  • проложить вторую, резервную линию электросети, к которой, в случае отключения электричества, можно подключить самое необходимое оборудование в доме;
  • как следует утеплить дом, чтобы уменьшить затраты на отопление;
  • при работе резервной системы питания не пользоваться мощными электроприборами: утюгом, электрочайником, пылесосом.

Включение фена, чайника или утюга на 3-7 минут сильно не разрядит аккумуляторы, но глажку или работу с мощным электроинструментом лучше не допускать.

Для построения СРП нагрузку в доме можно условно разделить на три части:

  1. Отопление.
  2. Водонагревательные приборы.
  3. Приборы, требующие обязательного резервного питания, а именно:
  • освещение;
  • циркуляционные насосы отопления;
  • скважинный насос и насосная станция;
  • компьютер;
  • холодильник, телевизор, Интернет.

Также в качестве резервной системы питания можно использовать и автомобиль. Для этого необходимо:

  1. Приобрести инвертор с синусоидальным выходом на 12-220 В мощностью до 2 кВт с защитой от перегрузки по току или по мощности.
  2. Прогреть двигатель автомобиля.
  3. Выключить двигатель.
  4. Подсоединить инвертор непосредственно к клеммам аккумулятора (не отсоединяя его от автомобиля).
  5. Завести двигатель.
  6. Подсоединить нагрузку к инвертору.
  7. После отключения нагрузки необходимо оставить двигатель авто заведённым, чтобы он подзарядил аккумулятор.

Я постоянно использую энергосистему своего авто в качестве резервного источника электричества на даче. Максимальное время работы в таком режиме составляло 10 часов, работали все основные потребители электрической энергии в доме.

Пользователи сайта FORUMHOUSE могут узнать, как самостоятельно сделать резервную систему питания питания. Вся информация по расчёту автономной системы питания собрана в этом дневнике. Автоматический запуск и использование генератора «от А до Я» описан в этой теме.

А в этом видео рассказывается о том, как инвертор и блок аккумуляторов могут увеличить электрическую мощность в доме.

Источник