В данной статье рассмотрим схемотехнику источников бесперебойного питания различных типов.
Источник бесперебойного питания (ИБП или UPS) применяется для сохранения работоспособности электроприборов на ограниченное время при перебоях напряжения в питающей сети. Устройства чаще всего используются совместно с серверами, компьютерами, различной офисной техникой и т. д. Схемотехника бесперебойников определяется условиями его использования: подключаемой мощностью, продолжительностью поддержания нужного напряжения питания и некоторыми дополнительными функциями. Обозначение источника бесперебойного питания на электрических схемах показано ниже:
Подключение ИБП
Большинство устройств оснащены USB-портом для подключения к ПК. Поэтому при отключении основного источника напряжения компьютер автоматически переходит в режим низкого потребления энергии. Чтобы UPS согласованно работал с ПК, достаточно соединить их через свободный порт, а на ПК установить драйвер, идущий в комплекте с ИБП. Также не стоит забывать, что нагрузка, подключаемая к устройству, должна потреблять в 1,5 раза меньше энергии (в ваттах), чем мощность UPS, умноженная на 0,7. Т. е. инвертор в 1000 Вт можно использовать для питания нагрузки мощностью до 470 Вт (максимум – 700). Ниже – схема подключения ибп:
Стоит отметить, что подключать к бесперебойнику принтеры не рекомендуется: при включении этого устройства в сеть формируется сильный скачок потребления энергии, который инвертор примет за опасность и перейдет в защитный режим. Сетевой фильтр для UPS не нужен, т. к. имеется встроенный. Ниже принципиальная электрическая схема ИБП наиболее простого исполнения.
Подобный прибор способен выдать нестабилизированное напряжение в 12 и стабилизированное в 5 вольт. Как только электроэнергия отключается, в работу вступает аккумулятор (на схеме В1). Если вам нужно на выходе стабилизированное напряжение в 15 вольт, соедините последовательно пару АКБ на 12 В, а также используйте стабилизатор 7815 (сейчас – 7805).
Да, по теме «как защитить это от скачков напряжения 220в?» Дешевые бесперебойники никакой реальной защиты не обеспечивают. Да, они могут «поглотить» какие-то джоули, но… в моей практике было несколько случаев, когда при кратковременном отключении питания, меньше секунды, дешевый ИБП убивал подключенную к нему железяку: инвертор уже завёлся, а байпасс (пропуск электричества насквозь) ещё не отключился, и на выходе получилась сумма розетки и инвертора. Не знаю, с чем связано, предполагаю, что с херовым качеством механических реле.
Реальную защиту обеспечивают бесперебойники постоянного двойного преобразования, в которых никакого байпаса нет — они всегда выпрямляют входящее напряжение до постоянного 12…192В, а на выходе всегда напряжение с инвертора. По энергоэффективности, конечно, проигрывают, но зато такой характеристики, как «время переключения на батареи» у них нет в принципе. Ну и стоят такие не по 20 копеек, и на низкие мощности их не делают — нет смысла. Если на такой бесперебойник прилетит что-то нехорошее из подающей сети — у него сначала сгорит выпрямитель. Если выпрямитель что-то пропустит, то выброс будет сдемпфирован аккумулятором, а остатки уже пойдёт в инвертор. Инвертор, скорее, тоже сгорит быстрее, чем сожжет подключенную нагрузку. Разве что на вход придёт что-то уже совсем неприличное, больше тысячи вольт, чтобы пробить себе путь прямо между дорожками на плате.
И ещё. У инвертора, кроме мощности, если ещё характеристика — форма выходного сигнала. Самые дешевые и поганые дают сигнал квадратный, меандр. Инверторы класса от «поганый, но не самый» до «выше среднего» дают ступенчатый сигнал, разной степени приближенности к синусоиде. И только хорошие дорогие инверторы дают сигнал «чистый синус», о чём никогда не забывают упомянуть в характеристиках. А вот если форма сигнала не упомянута, то 95%, что инвертор даёт «ступеньки», и 5% — меандр.
От квадратного сигнала работают «грелки», работают железки с импульсными блоками питания (компьютеры всякие, не дешевые зарядники). А вот железки индуктивные — электромоторы, «тяжелые» трансформаторные блоки питания — не работают, работают плохо, или работают, но очень сильно греются и неприятно шумят. А от меандра могут и вообще дохнуть, т.к. прохождение меандра через трансформатор даёт целый спектр высокочастотных гармоник, на которые нагрузка может быть не рассчитана. Например, высокочастотные гармоники могут проникать в управляющие цепи электроники через паразитные ёмкости, и расцениваться, как управляющий сигнал. (Что-то я уже забурился глубже объявленного горизонта «естественнонаучных мозгов» ).
Автомобильные инверторы настоящего чистого синуса никогда не выдают! Не, может быть, где-нибудь в США такие и есть, ценой по 300 баксов, но не в России, где всё китайское и дешевое. Поэтому не подключайте к автомобильному инвертору то, что Вам очень дорого.
Схемы бытовых ИБП переменного тока
Устройства подключаются к обычной однофазной сети 220 вольт. По функциональной схеме существует три разновидности:
- оффлайн (offline) или резервные – бюджетный вариант;
- линейно-интерактивные;
- онлайн (online) – с двойным преобразованием (наиболее дорогие).
Структурная схема источника бесперебойного питания с двойным преобразованием представлена ниже:
Эти приборы, помимо высокой стоимости отличаются низким КПД: много энергии преобразуется в тепло. Чем же обосновано использование таких устройств? Главный плюс заключается в моментальной реакции на отключение основного источника питания. Далее – схема ups линейно-интерактивного типа:
Этот вид ИБП представляет собой обычный автотрансформатор, у которого обмотки соединены напрямую, что обеспечивает стабилизацию напряжения. Однако подобные устройства уже включены в большинство бытовых приборов, и, если в вашей сети отклонения от номинального напряжения небольшие, то нет смысла покупать дорогое линейно-интерактивное изделие. Можно обойтись обычным оффлайн, схема ибп 12 в которого представлена ниже:
Переключение в резервный режим в подобных бесперебойниках происходит чаще всего с помощью механического реле, чтобы не удорожать конструкцию. Если деталь качественная, ее хватит на весь период работы блока. Если реле дешевое, то выход из строя ИБП чаще всего происходит именно из-за него.
Лабораторный блок питания из ИБП
В статье автор рассказывает, как из неисправного или устаревшего источника бесперебойного питания изготовить лабораторный блок питания, необходимый в радиолюбительской практике.
Основное назначение источников бесперебойного питания (ИБП) — непродолжительное питание различной офисной техники (в первую очередь, компьютеров) в аварийных ситуациях, когда отсутствует сетевое напряжение. В состав ИБП входит аккумулятор (как правило, напряжением 12 В), повышающий преобразователь напряжения и узел управления. В дежурном режиме происходит подзарядка аккумулятора, в аварийном — включается преобразователь напряжения.
Как и всё оборудование, ИБП выходят из строя или морально устаревают. Поэтому их можно использовать как основу для изготовления, например, лабораторного блока питания (БП). Наиболее подходящими для этого могут быть ИБП, у которых преобразователи напряжения работают на низкой частоте (50…60 Гц), и в их состав входит мощный повышающий трансформатор, который может работать и как понижающий.
Для изготовления лабораторного БП в качестве «донора» был использован ИБП KIN-325A. При разработке ставилась задача получить простую схему, применив при этом как можно больше элементов от «донора». Кроме трансформатора и корпуса, были использованы мощные полевые транзисторы, выпрямительные диоды, микросхема счетверённого ОУ, электромагнитное реле, все светодиоды, варистор, некоторые разъёмы, а также оксидные и керамические конденсаторы.
Схема БП показана на рис. 1. Сетевое напряжение через плавкую вставку FU1 и выключатель питания SA1 поступает на первичную обмотку трансформатораТ1 (маркировка — RT-425B). Варистор RU1, включённый параллельно этой обмотке, совместно с плавкой вставкой защищают БП от повышенного сетевого напряжения. Через токоограничивающий резистор R1 и диод VD1 питается светодиод HL1, сигнализирующий о наличии сетевого напряжения.
Рис. 1.
Мощный выпрямитель на диодных сборках VD2-VD5 подключён к обмотке II (с отводом посередине, номинальное напряжение 16 В) трансформатора Т1. В зависимости от положения контактов реле К1.1 выпрямитель работает как двухполупериодный с общим выводом трансформатора (показано на рис. 1) и выходным напряжением около 10 В или как мостовой с выходным напряжением около 20 В. Выходное напряжение этого выпрямителя поступает на регулирующий элемент — полевой транзистор
VT1. Конденсаторы С1 и С3 сглаживают пульсации выпрямленного напряжения, резистор R2 — датчик тока. Резистор R17 обеспечивает минимальную нагрузку стабилизатора напряжения при отсутствии внешней нагрузки.
Маломощный выпрямитель собран на диодах VD6-VD9 и сглаживающих конденсаторах С2 и C5. От него питается параллельный стабилизатор напряжения на микросхеме DA1, ОУ DA2, реле К1 и вентилятор M1. Светодиод HL2 сигнализирует о наличии напряжения на выходе этого выпрямителя.
Регулируемый стабилизатор напряжения собран на ОУ DA2.3 и транзисторе VT1. Образцовое напряжение на регулятор напряжения — резистор R11 — поступает с выхода стабилизатора на микросхеме DA1. Выходное напряжение БП с движка подстроечного резистора R12 поступает на инвертирующий вход ОУ DA2.3. Этим резистором устанавливают максимальное выходное напряжение. Регулируемый ограничитель тока собран на ОУ DA2.1 и DA2.2. Напряжение, пропорциональное выходному току с датчика — резистора R2, поступает на усилитель напряжения на ОУ DA2.1 и затем на ОУ DA2.2, который сравнивает его с образцовым, поступающим на его неинвертирующий вход с выхода резистивного делителя R4R7R8. Резисторами R7 и R8 устанавливают порог ограничения тока.
Транзистор VT2 управляет реле К1. Оно сработает, когда напряжение на затворе этого транзистора превысит пороговое значение (для указанного на схеме транзистора пороговое напряжение — 2…4 В). Подстроечным резистором R19 устанавливают выходное напряжение БП, при превышении которого реле переключает выходное напряжение выпрямителя. Транзистор VT3 совместно с терморезистором RK1 управляет вентилятором M1. Он включается, когда температура теплоотвода, на котором установлены транзистор VT1 и терморезистор, превысит заранее установленное значение. Пороговую температуру устанавливают резистором R15. Напряжение питания терморезистора стабилизировано параметрическим стабилизатором VD11R16. Излишнее напряжение питания реле К1 падает на резисторе R13, а вентилятора М1 — на резисторе R18.
Если ток нагрузки не превышает порогового значения, напряжение на неинвертирующем входе ОУ DA2.2 больше напряжения на инвертирующем, на его выходе присутствует напряжение, близкое к напряжению питания, поэтому диод VD10 закрыт, а ток через светодиод HL3 не протекает. В этом случае управляющее напряжение на затвор полевого транзистора VT1 поступает с выхода ОУ DA2.3 через резистор R14 и работает стабилизатор напряжения. Если выходное напряжение стабилизатора менее 4 В, транзистор VT2 закрыт и реле К1 обесточено. В этом случае на стоке транзистора VT1 напряжение — 10 В. При выходном напряжении более 4 В транзистор VT2 открывается и реле К1 срабатывает. В результате напряжение на стоке транзистора VT1 повышается до 20 В. Такое техническое решение позволяет повысить КПД устройства.
Когда ток нагрузки превысит порого вое значение, напряжение на выходе ОУ DA2.2 уменьшится, диод VD10 откроется и напряжение на затворе транзистора VT1 уменьшится до значения, обеспечивающего протекание установленного тока. В этом режиме через светодиод HL3 протекает ток, и он сигнализирует о переходе в режим ограничения тока. Ток ограничения устанавливают резистором R8 в интервале 0…0,5 А и R7 — в интервале 0…5 А. Конденсаторы С4 и С6 обеспечивают устойчивость работы ограничителя тока. Увеличение их ёмкости повышает устойчивость, но снижает быстродействие ограничителя тока.
В устройстве применены постоянные резисторы — С2-23, Р1-4 или импортные, подстроечные — СП3-19, переменные — СП4-1, СПО. Чтобы шкала переменных резисторов, регулирующих напряжение или ток, была линейной, они должны быть группы А. Терморезистор — ММТ-1. Резистор R2 изготовлен из отрезка провода ПЭВ-2 0,4 длиной 150 мм. Кроме функции датчика тока, он работает и как плавкий предохранитель при возникновении аварийных ситуаций. Оксидные конденсаторы — импортные, на месте неполярных можно использовать керамические К10-17. Вентилятор — компьютерный с током потребления 100…150 мА, его ширина должна быть равна ширине теплоотвода. Реле — любое, рассчитанное на коммутируемый ток 10 А и номинальное напряжение обмотки 12…15 В. XS2, XS3 — гнёзда или клеммники.
Большинство элементов размещены на двух печатных платах, изготовленных из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1,5…2 мм. На первой (рис. 2) собраны выпрямители, смонтированы транзисторы VT2, VT3 с «окружающими» их элементами и некоторые другие детали. Печатные проводники, соединяющие элементы мощного выпрямителя, «усилены» — на них припаяны отрезки лужёного медного провода диаметром 1 мм. «Штатные» выводы трансформатора Т1 проводные, они снабжены двумя гнёздами. Если планируется их использовать, на первой плате монтируют соответствующие им вилки, которые выпаивают из «родной» платы ИБП.
Рис. 2.
На второй плате (рис. 3) смонтированы все микросхемы, светодиоды, а также некоторые другие элементы. На стороне, свободной от печатных проводников, приклеен кнопочный выключатель SA1 (П2К или аналогичный). Светодиоды должны входить в «штатные» отверстия на передней стенке корпуса, к выключателю приклеивают «штатный» толкатель.
Рис. 3.
Первая плата установлена рядом с задней стенкой корпуса, вторая — вплотную к передней. Для крепления плат использованы по два шурупа и «штатные» крепёжные пластмассовые стойки на верхней крышке корпуса. На ребристом теплоотводе с внешними размерами 30x60x90 мм (он установлен между платами) размещены транзистор VT1, терморезистор и вентилятор. На терморезистор надевают термоусаживаемую трубку и затем приклеивают к теплоотводу рядом с транзистором. Поскольку при изменении температуры терморезистора полевой транзистор VT3 открывается и закрывается плавно, вентилятор начинает вращение и останавливается также плавно. Поэтому транзистор VT3 может заметно разогреваться и заменить его на маломощный, например 2N7000, нельзя.
На передней панели (рис. 4) в отверстиях установлены переменные резисторы и разъёмы XS2 и XS3, к которым припаяны резистор R17 и конденсатор С7. Блочная вилка XP1 и гнездо XS1 — «родные», они размещены на задней стенке в нижней её части. Гнездо XS1 можно использовать для подключения какого-либо устройства, работающего одновременно с лабораторным БП, например осциллографа.
Рис. 4.
Налаживание начинают с установки максимального выходного напряжения. Делают это с помощью резистора R12, движок резистора R11 при этом должен быть в верхнем по схеме положении. Если встраивать вольтметр в блок питания не планируется, резистор R11 снабжают ручкой с указателем и градуируют его шкалу. При открытом транзисторе VT2 подборкой резистора R13 устанавливают на реле К1 номинальное напряжение, а при открытом VT3 резистором R18 устанавливают напряжение 12 В на вентиляторе M1. Температуру включения вентилятора устанавливают резистором R15.
Для налаживания ограничителя тока к выходу БП подключают последовательно соединённые амперметр и нагрузочный переменный резистор сопротивлением 10…15 Ом и мощностью 50 Вт. Движки резисторов R4 и R7 устанавливают в левое по схеме положение, движок R8 — в правое. Нагрузочный резистор должен иметь максимальное сопротивление. При выходном напряжении около 10 В нагрузочным резистором устанавливают ток 5 А, а резистором R5 — напряжение 0,9…1 В на выходе ОУ DA2.1. С помощью нагрузочного резистора увеличивают выходной ток нагрузки до 6 А и, плавно вращая движок резистора R4, добиваются включения светодиода HL3 (включения режима ограничения тока) и затем устанавливают резистором R4 выходной ток 5 А. При перемещении движка резистора R7 вправо (по схеме) выходной ток должен уменьшиться до нуля. В этом случае резистором R8 можно регулировать выходной ток в интервале 0…0,5 А.
Если встраивать амперметр в блок питания не планируется, шкалы этих резисторов градуируют. Для этого (в режиме ограничения тока) изменяют выходное напряжение и сопротивление нагрузки, устанавливают требуемое значение тока и наносят метки на шкалу. При этом в интервале 0…0,5 А ток устанавливают резистором R8 (резистор R7 должен быть в положении «0»), а в интервале 0…5 А — резистором R7 (резистор R8 — в положении «0»).
В режиме ограничения тока можно заряжать аккумуляторы и аккумуляторные батареи. Для этого устанавливают конечное напряжение и ток зарядки, а затем подключают аккумуляторную батарею (аккумулятор).
Дальнейшее направление доработки предложенного блока питания — установка встроенного цифрового вольтметра, амперметра или комбинированного измерительного устройства.
Автор: И. Нечаев, г. Москва
Инвертор
Его задача в составе UPS – преобразование постоянного напряжения в переменное 220 В и подача к потребителю. Иногда задействуется режим «байпас». Это когда выходное напряжение инвертора формируется из сетевого, т. е. аккумулятор не используется. Благодаря этому переключение на резервный режим происходит мгновенно. Схема инвертора бесперебойника (верхняя часть – сетевой фильтр, GV1 — АКБ):
Увеличиваем время работы ИБП. Выбор аккумуляторов
Близится осень и приближаются проблемы с электроэнергией. Вполне типичная ситуация, когда отопление еще не включили, а все соседи начинают обогреваться электрокаминами и различными обогревателями, просаживая и без того нагруженную сеть. Бури ломают провода, провода рвутся, оборудование оказывается без питания. Выручает спасительный бесперебойник или ИБП. Но что делать, когда авария на линии продолжается больше часа, а бесперебойник вырабатывает весь ресурс за десятки минут? Наращивать емкость встроенных батарей. Как это сделать правильно и безопасно, а также как подобрать необходимую батарею я сегодня расскажу на реальном примере.
Буквально на днях возникла довольно тривиальная, но интересная задача. Уже давно существующая серверная стойка с небольшим количеством оборудования и примерным потреблением 250-400 Вт оснащена ИБП IPPON Smart Winner Pro 2000. Время его автономной работы составляет порядка часа, а в случае более продолжительного отсутствия электропитания вручную заводился бензогенератор, установленный на улице. Задача: с минимальными затратами обеспечить время автономной работы стойки не менее 6 часов.
Сразу напрашивается вывод оснастить генератор какой-нибудь системой автоматического пуска, типа этой. Плюс в том, что стоимость такой переделки составляет порядка 13 тысяч рублей, а минус в том, что требуется регулярное обслуживание и заправка генератора. Добавляется человеческий фактор, а значит, снижается общая надежность системы.
Вторым способом, который был избран за простоту и надежность, является наращивание емкости аккумуляторов. В этом случае достаточно просто нарастить емкость аккумуляторов, благо в данном экземпляре блок батарей выносной и подключается отдельным проводом. Так как стандартные аккумуляторы имеют емкость в 9 Ач и собраны в батарею на 48 В, то достаточно заменить их на аналогичные гелевые батареи, емкостью 40-50 Ач. Так как блок зарядки оснащен принудительной системой охлаждения, подобная нагрузка не будет критичной и повлияет только на время зарядки батарей.
А что делать тем, у кого и потребление гораздо выше и требования к времени автономной работы заметно отличаются. К примеру, стойка в 1-1.5 кВт и требуется до 24 часов автономии. В этом случае проще всего поставить бесперебойники на 10 минут работы и мощные генераторы с системой автоматического пуска, которые будут заводиться через 5 минут после отключения питания. Вся эта система стоит заметных денег, но иногда стабильность работы это окупает.
Я хочу рассмотреть промежуточный вариант для небольшого офиса или частного дома, когда требуется резерв для переменной нагрузки, с пиком в 6 кВт и средним потреблением до 1 кВт в течение длительного времени без внешней подпитки. Возможно дополнение генератором, тогда система становится полностью автономной.
В качестве бесперебойника для себя я выбрал стоечный вариант ИБП от компании МикроАРТ. Благо такой экземпляр отработал достаточно времени и продемонстрировал безотказную работу. Кроме того, он обладает широким диапазоном настроек, позволяя беречь ресурс аккумуляторов и правильно их эксплуатировать.
Пояснение:
Во всех офисных ИБП используются гелевые аккумуляторы, которые имеют массу преимуществ: они поставляются заряженными, не требуют обслуживания и электролит находится в загущенном состоянии, а значит, никогда не выльется. Но все бесперебойники поддерживают на аккумуляторах повышенное напряжение, что позволяет использовать 100% емкости и заряжать их максимально быстро. Вот как раз два последних пункта заметно снижают срок службы аккумуляторов, приводя их к цифре 2-3 года до отказа.
Мне же хотелось 5-7 лет, а лучше все 10 без замены аккумуляторов. И тут мы приходим к выбору типа аккумуляторов.
Типы аккумуляторов
AGM
Технология AGM использует пропитанный жидким электролитом пористый заполнитель отсеков корпуса из стекловолокна. Микропоры этого материала заполнены электролитом не полностью. Свободный объем используется для рекомбинации газов. Герметичные, необслуживаемые, не требуют вентилируемого помещения для установки. Батареи AGM отлично работают в режиме подзарядки (буферном режиме) со сроком службы до 10-12 лет. Если же их использовать в циклическом режиме (т.е. постоянно заряжать-разряжать на хотя бы 60%-80% от емкости), то их срок службы сокращается чуть ли не в два-три раза. Срок службы при полной автономии до 3-х лет. Рекомендуются для резервного бесперебойного электропитания.
GEL
В жидкий электролит добавляют вещество на основе двуокиси кремния (SiO2), в результате чего образуется густая масса, напоминающая по консистенции желе. Этой массой и заполнено пространство между электродами внутри аккумулятора. В процессе химических реакций в толще электролита возникают многочисленные газовые пузыри. В этих порах и раковинах происходит встреча молекул водорода и кислорода, т.е. газовая рекомбинация. Почти все испарения, таким образом, возвращаются обратно в аккумулятор и это называется рекомбинацией газа. Сепаратор в гелевых аккумуляторах тоже необычный — микропористый дюропластик, за счёт присадок из алюминия он обладает высокой стойкостью в агрессивной среде, обладает высокой температурной стабильностью и механической прочностью; последнее обеспечивает высокую вибростойкость и ударопрочность конструкции. При производстве гелевых аккумуляторов используют высокочистый свинец — это увеличивает эксплуатационные характеристики АКБ в несколько раз. Срок службы при автономии до 4-х лет, при резервном питании до 12 лет. Рекомендуются для резервного бесперебойного электропитания.
Аккумуляторы типа GEL и AGM практически неотличимы внешне и имеют довольно близкие характеристики. Дальше интереснее.
Панцирные
Основой панцирной пластины является чехол (панцирь), изготовленный из нетканого микропористого пластика в виде ряда параллельных трубок. Внутри трубок заключена активная масса. Токоотводящей деталью пластины служит запрессованная в активную массу стержневая рамка, отлитая из свинцово-сурьмянистого сплава. Стержневая рамка отливается под давлением, что исключает образование в токоотводящих стержнях раковин и других литейных дефектов, значительно увеличивая срок службы. Микропористый панцирь надежно защищает положительную активную массу от осыпания и оползания на протяжении всего периода эксплуатации аккумулятор. Рекомендуются для полной автономии и/или резервных систем. Срок службы панцирных АКБ в условиях автономии не менее 10 лет при правильной эксплуатации (или 1500 циклов 80% разрядов), или 15 — 17 лет при резервном питании. Поставляются в сухозаряженном виде.
Литий-железо-фосфатные (LiFePo4):
Изготовленные по литий-железо фосфатной технологии герметичные АКБ. Рекомендуются для полной автономии и/или резервных систем. Срок службы литий-железофосфатных АКБ в условиях автономии до 20 лет при правильной эксплуатации (или 5000 циклов 70%-ных разрядах), или 25 — 30 лет при резервном питании. Поставляются в комплекте с BMS. Данные АКБ имеют ряд важнейших преимуществ и являются самыми перспективными АКБ в мире.
Выбор
Все говорит в пользу Литий-железо-фосфатных батарей(LiFePo4), но первоначальные вложения довольно-таки велики, хотя преимущества неоспоримы: никакой кислоты, герметичные, не требуют обслуживания и самая низкая стоимость цикла заряд-разряд. С учетом всех плюсов и минусов, я решил остановиться на сухозаряженных панцирных аккумуляторах.
Подготовка и сборка аккумуляторной батареи
Так как панцирные аккумуляторы, которые я выбрал, поставляются банками по 2В, а мне необходимо было получить 24В, то потребовалось самостоятельно собирать батарею из 12 штук. Первым этапом стала заправка электролитом. Процедура связана с риском для здоровья, поэтому требуется использовать защитные средства: очки или маска для глаз, респиратор, резиновые перчатки, резиновые сапоги. Еще я добавил дождевик, на случай расплескивания электролита, в котором содержится кислота. Также аккумуляторы лучше всего заливать на резиновом или пластиковом коврике, чтобы в случае проливания электролита на полу не осталось следов.
Для заливания электролита я воспользовался вот таким ручным насосом, устойчивым к кислоте.
Сама заправка аккумулятора достаточно проста, но с учетом 12 банок отнимает немало времени. Сода в кадре не просто так. Из курса химии известно, что кислоту гораздо эффективнее не смывать водой, а нейтрализовать содой, поэтому по технике безопасности лучше держать открытую пачку соды поблизости.
После заправки аккумуляторов электролитом требуется поставить батарею на дозарядку не позднее, чем через 3 часа. Сама процедура зарядки должна осуществляться соответствующим зарядником с током, составляющим 10% (0,1С) от емкости аккумуляторной батареи. К примеру, если емкость составляет 210 Ач, то максимальный зарядный ток должен быть не более 21 А. Толстые перемычки используются для того, чтобы они не стали бутылочным горлышком при протекании больших стартовых токов. Кроме того, при протекании тока по тонким проводам, они заметно разогреваются, что может привести к преждевременному износу аккумуляторов или пожару. Ведь нагрев аккумулятора с +25 до +35 градусов вдвое снижает срок службы батареи.
Следующим этапом, позволяющим из обслуживаемых аккумуляторов сделать малообслуживаемые или совсем необслуживаемые, стала установка пробок рекуперации. Выделяемый при зарядке водород, поднимаясь в такую пробку, объединяется с кислородом и стекает назад в аккумулятор. Прежде чем установить такие пробки, требуется полностью зарядить батарею и дать ей отстояться несколько дней, так как первое время возможно повышенное газообразование, на которое такие рекуператоры не рассчитаны. Если же пренебречь этой ситуацией, то возможен печальный итог: перегрев рекуператора.
В итоге батарея приобрела вот такой вид и потребует лишь профилактической проверки разницы напряжений между аккумуляторными банками раз в год, и проверки уровня электролита раз в 6 лет. Если напряжение у разных АКБ начнёт «разбегаться», то необходимо провести уравнивающий заряд (заряд повышенным напряжением). Если уровень электролита окажется ниже – достаточно долить дистиллированной воды.
Здесь стоит преимущество подобного решения: у герметизированных АКБ (GEL и AGM), водород, несмотря на внутреннюю рекуперацию, тоже всё же потихоньку испаряется, но вот долить воды уже невозможно и такие герметизированные АКБ приходится выкидывать намного раньше.
Запасенная энергия конкретно этой сборки составляет 5040 Вт*ч, а без особых потерь для здоровья батареи можно потратить половину. То есть два-три ноутбука в нормальном режиме работы смогут просуществовать сутки и еще останется запас энергии. Если добавить к этому внешний генератор или солнечные батареи, то система становится полностью автономной и позволит работать не один год.
Заключение
Инвертор с внешним блоком батарей оказался габаритнее стандартного компактного ИБП со встроенными аккумуляторами, но практически бесконечная емкость внешних батарей позволяет заметно увеличить время автономной работы. И если время аварийного питания от ИБП составляет минуты или десятки минут, то при использовании инвертора с внешними аккумуляторами время автономной работы считается в часах или днях.
Если будет интересно, то могу сравнить в лоб два устройства: ИБП Powercom Smart King SMK-2000A-RM-LCD и инвертор МАП SIN Энергия Pro HYBRID с внешним блоком батарей.
Трансформатор от ИБП и его применение
Один из вариантов использования этого элемента бесперебойника – изготовление блока питания. Снимите трансформатор, омметром найдите обмотку с наибольшим сопротивлением: на нее подается 220 В. Теперь измерьте напряжение на остальных выводах и найдите 15 В. Остается к нему подсоединить выпрямительный мост, сглаживающий конденсатор – блок готов. Простейшая схема подключения трансформатора от бесперебойника:
Подобное самодельное устройство можно использовать, например, для подзарядки ноутбука.
Возможные проблемы и нюансы
Описанный процесс изготовления из трансформатора бесперебойника блока питания имеет, однако, существенные недостатки. В частности, они связаны с типовым напряжением, ограниченным на выходе до 15 В. При подключении к получившемуся блоку питания определенной нагрузки оно точно должно «просесть».
В связи с этим, придется экспериментальным путем подбирать вольтаж, необходимый на выходе, что потребует определенных навыков и знаний, а также сопряжено с определенными рисками.
Таким образом, хотя из трансформатора старого бесперебойника блок питания по вышеприведенной инструкции изготовить совершенно несложно, важно обладать хотя бы элементарными знаниями в физике и электронике, а также неукоснительно соблюдать технику безопасности, поскольку любые работы с электричеством потенциально связаны с серьезными рисками для жизни и здоровья.
Смотрите также
Комментарии 24
А кулеры работают во всех режимах? И от сети и от акб?
Привет от АКБ точно работают, от сети точно не помню всегда работают или включаются не особо тестил в этом режиме
Добрый день. А если к такому заводскому ИБП подключить АКБ 60 Ач от автомобиля и нагрузка будет 50 Вт (циркуляционный насос), то требуются какие либо переделки или штатная схема ИБП будет нормально работать?
До 100 ват будет выключается так как будет думать что ничего не подключенно. Надо выпаивать элемент . так же зарядка слабая будет плохо заряжать 60ач, так как большая ёмкость . а так в целом должно работать.
Нашёл ибп Ippon Smart power pro 2000. Написано выходная мощность 2000ВА. Пробовал подключить блоком питания на 12В, лампочки мигнут один раз и всё. Нашёл подробные характеристики, а там оказывается два аккума внутри были по 12В соединены последовательно, соответственно он требует 24В. И вот теперь вопрос, у меня то в машине 12В, можно ли как-то сделать чтоб от 12В работал или другой искать ибп? Заранее спасибо.
