Автоподзаряд аккумулятора резервного питания
Для обеспечения надежной работы многих стационарных устройств необходимо применять резервное питание. Чаще всего для этих целей устанавливают аккумулятор, но за ним надо следить, не допуская сильного разряда и вовремя ставить на подза- ряд. Удобнее эту обязанность поручить автоматике.
Для подзаряда аккумулятора необходимо соответствующее устройство (внутреннее или внешнее). Зарядное устройство можно выполнить в составе системы бесперебойного питания и полностью автоматизировать процесс, т. е. оно может включаться при снижении напряжения на аккумуляторе ниже порогового уровня [2] , или же применить «плавающий» подзаряд [5]. Под плавающим зарядом подразумевают подключение аккумулятора параллельно с нагрузкой (рис. 2.18), когда источник питания служит только для компенсации токов саморазряда в элементах питания. В этом случае схема получается наиболее простой.
В этих схемах поступающее напряжение с трансформатора выбирается таким, чтобы зарядный ток, проходящий через аккумулятор, компенсировал ток естественного саморазряда. Нужное напряжение после выпрямителя можно подобрать экспериментально установкой дополнительных диодов или с помощью отводов от вторичной обмотки трансформатора (у некоторых унифицированных трансформаторов, например из серии TH, ТПП и др., есть возможность немного изменить напряжение во вторичной цепи за счет переключения отводов в первичной обмотке). При этом контролируем ток в цепи аккумулятора по амперметру. Обычно значение тока «плавающего» подзаряда не должно превышать 0,005…0,01 номинального для аккумулятора. Уменьшение тока заряда приводит только к увеличению продолжительности процесса (в данном применении время заряда значения не имеет — оно всегда будет достаточным).
Такие схемы можно применять, если ваша сеть достаточно стабильна и питающее напряжение не выходит за рамки допуска
Рис. 2.18. Схемы, обеспечивающиеплавающийподзаряд аккумулятора резервного питания
(в крупных городах за этим следят). В противном случае между трансформатором и аккумулятором устанавливается стабилизатор напряжения и диод, препятствующий прохождению тока аккумулятора в стабилизатор, когда трансформатор не включен (рис. 2.19). Микросхема KP142EH12 может быть заменена аналогичной импортной LM317.
Рис. 2.19. Схема зарядного устройства со стабилизатором напряжения
Более совершенная схема зарядного устройства приведена на рис. 2.20. Она не только поддерживает стабильное напряжение на
аккумуляторе, но и имеет настраиваемую токовую защиту, которая предотвращает повреждение элементов в случае короткого замыкания на выходе (или неисправности аккумулятора). Ограничение тока полезно и в тех случаях, когда подключается новый аккумулятор (еще не заряженный или сильно разряженный ранее). В этом случае ограничение тока на нужном уровне предотвращает перегрузку питающего сетевого трансформатора (он может быть маломощным — 14…30 Вт, так как в режиме «Тревога» необходимый ток вполне может обеспечить сам аккумулятор). Кроме того, внутри микросхемы есть температурная защита, отключающая ее выход при перегреве, что исключает повреждение компонентов.
Для сборки устройства можно воспользоваться односторонней печатной платой из стеклотекстолита, показанной на рис. 2.21, ее внешний вид приведен на рис. 2.22.
При монтаже применялись детали C1 — любой оксидный, С2—С4 — из серии K10. Подстроечный резистор R4 — многооборотный СП5-2В. В качестве микросхемы можно использовать любые из серии K142EH3 или K142EH4 — они имеют планарные выводы. Для установки микросхемы со стороны печатных проводников, в плате сделано окно размером 15 x 10 мм и отверстия для ее крепления. Между пластиной теплоотвода микросхемы и платой подкладываются диэлектрические шайбы так, чтобы выводы легли прямо на токопроводящие дорожки. Это позволит ко всей плоскости микросхемы закрепить отводящую тепло пластину.
Рис. 2.21. Топология печатной платы и расположение элементов
Рис. 2.22. Внешний вид монтажа элементов на плате
Трансформатор (T1) можно заменить на ТП115-K9 — он имеет 2 обмотки по 12 В с допустимым током до 0,8 А. В холостом ходу на обмотке будет напряжение 16 В, а после выпрямления и сглаживания конденсатором — 19 В, что вполне достаточно для работы стабилизатора (основную часть времени схема будет работать как раз в режиме хрлостого хода).
Работающая аналогично еще одна схема приведена на рис. 2.2,3- Основой ее является микросхема L200 (отечественных аналогов нет), имеющая выводы (2 и 5) для контроля тока в нагрузке. Приреденное включение микросхемы является типовым: от номинала резистора В2 зависит максимальный ток в цепи нагрузки (Lax = 0,45/R2 ), а нужное напряжение выставляется резистором R3. Стабилизатор может обеспечить выходной ток от 0,1 до 2 А и имеет внутреннюю защиту от перегрева.
Рис. 2.23. Второй вариант схемы зарядного устройства с ограничением тока
Для монтажа элементов второй схемы зарядного устройства можно воспользоваться печатной платой, показанной на рис. 2.24.
О настройке всех схем со стабилизацией. Вам потребуется миллиамперметр, вольтметр (лучше цифровой) и имитирующий нагрузку мощный резистор. Все это соединяется no схеме, показанной на рис. 2.25.
Сначала при отключенном аккумуляторе соответствующим подстроечным резистором выставляем на выходе стабилизатора напряжение 13 В, После этого переключателем S1 включаем резистор RH и проверяем ток ограничения. Его можно установить любым при помощи подбора резистора токовой обратной связи — R3 в схеме рис. 2.20 (например, для тока 220 мА — R3 = 3,9 Ом; для 300 мА — R3 = 3,3 Ом) или R2 в схеме на рис. 2.23.
Рис. 2.24. Топология печатной платы и внешний вид монтажа
Рис. 2.25. Стенддля настройки и проверки зарядногоустройства
Теперь вместо резистора RH подключаем аккумулятор GB1. Необходимый ток в цепи заряда (для энергоемкости конкрегного аккумулятора) устанавливаем подстройкой выходного напряжения. Окончательную установку следует делать уже после того, как аккумулятор полностью зарядится — этот ток должен компенсировать саморазрядОВ1.
1. Кадино Э. Электронные системы охраны. Пер. с франц. — M.: ДМК Пресс, 2001,c. 11.
2. Шелестов И. П. Радиолюбителям: полезные схемы. Книга 1. — M.: СОЛОН-Пресс, 2003, с. 84.
3. Шелестов И. П. Радиолюбителям: полезные схемы. Книга 3. — M.: СОЛОН-Пресс, 2003, с. 133.
4. Сайт фирмы: http://www.dart.ru/index5.shtml?/cataloguenew/acoustics/oscillator.shtml
5. ХрусталевД. А. Аккумуляторы. — M.: Изумруд, 2003.
Источник: Радиолюбителям: полезные схемы. Книга 6. — M / СОЛОН-Пресс, 2005. 240 с.
Источник
Резервное питания для загородного дома (дачи)
Рассмотрим вопрос того, как обеспечить себе бесперебойное электроснабжение при периодическом отключении городской линии питания для загородного дома, будь то большой коттедж или просто дача. Для квартир, кстати, тоже может быть актуально.
Пусть ситуация такова, что городское питание есть, но оно может отключаться как кратковременно (до часа), так и на весь день. А поскольку хочется, чтобы работали телевизор, холодильник, освещение и розетки, то надо озаботиться резервным питанием.
Я уже писал несколько статей про целесообразность солнечных батарей, и мы пришли к выводу о том, что солнечные батареи имеют смысл только если основного питания нет и не предвидится, а потребность в электричестве у нас очень маленькая (лампочка и розетка для ноутбука). Либо система солнечной электростанции будет достаточно дорогой (от миллиона рублей).
Для нашей задачи «питание есть, но отключается», солнечные батареи дадут немного энергии в летний период, но их установка никак не оправдывает себя по сравнению с системой «инвертор + аккумуляторы».
Итак, что представляет собой необходимая нам система.
В центре системы стоит инвертор. Инвертор — это устройство, которое выполняет три функции:
- При наличии города заряжает аккумуляторы и даёт питание на потребителей в доме
- Генерирует из постоянного напряжения аккумуляторов переменное напряжение 230В для питания дома
- Автоматически переключает питание потребителей на аккумуляторы и обратно
Собственно, в инверторе есть блок питания, который делает из 230В 12 либо 24 либо 48 вольт постоянного тока для заряда аккумуляторов. Также там есть схема, которая из постоянного напряжения аккумуляторов делает 230В переменного тока, отсюда и название «инвертор» — он меняет направление тока 50 раз в секунду для генерации переменного.
Есть инверторы дешёвые, которые выдают на выходе модифицированный синус. То есть, синусоида получается ступенчатой, как на картинке.
Дешёвый инвертор — это, например, инвертор автомобильный, который вставляется в прикуриватель и из 12В делает 230В для работы ноутбука. Или более крупные и мощные инверторы, но недостаточно дорогие. Такой сигнал плох для техники, имеющей преобразователи питания, так как эти преобразователи от такого сигнала сильно греются (не буду сейчас объяснять почему, это не относится к теме) и их срок службы сокращается. Хорошие инверторы выдают сигнал «чистый синус», качество которого регламентируется ГОСТом, как правило, качество чистого синуса из инвертора даже выше качества сигнала городской линии.
Так вот, инвертор при наличии города заряжает аккумуляторы, а при пропадании города их разряжает. Причём хороший инвертор переключается почти мгновенно, даже компьютер перезагрузиться не успеет.
Я считаю, что лучшие из российских инверторов — МАП Энергия, они производятся в Москве.
К инвертору подключаются город, дом и аккумуляторы.
Инверторы есть на 12, 24 и 48 вольт — это поддерживаемое ими напряжения массива аккумуляторов. Аккумуляторы резервного питания обычно 12-вольтовые, соответственно, чтобы получить 48 вольт, нам надо взять 4 аккумуляторы, 24 вольта — 2 аккумулятора. Я чуть позже напишу, как считать количество аккумуляторов, но сейчас важно знать, что если аккумулятора нам по расчётам надо 4, то лучше брать 48-вольтовый инвертор. Больше напряжение — меньше ток в проводах, значит, меньше потери напряжения и нагрев проводов.
Если нам нужно резервировать 3-фазную сеть питания дома, то нужны три инвертора. Можно использовать один массив аккумуляторов. Инверторы МАП Энергия умеют работать с 3-фазной сетью, их надо соединить между собой кабелем, чтобы они синхронизировались.
Помимо основных перечисленных выше функций хороший инвертор делает следующие полезные вещи:
- Контроль мощности потребления дома
- Логгирование данных и передача их на компьютер
- Контроль уровня заряда аккумуляторов, чтобы не разряжать их в ноль (это плохо для них)
- Автозапуск генератора, когда аккумуляторы садятся
Для последнего пункта — автозапуска генератора — требуется, чтобы генератор мог запускаться по сигналу типа «сухой контакт». На инверторе есть реле, которое включается и выключается при необходимости запустить или заглушить генератор.
По сравнению с системой резервного питания «просто генератор» система «инвертор + аккумуляторы» имеет такие преимущества:
- инвертор переключает мгновенно. А генератор с автозапуском запускается секунд 20 или больше.
- инвертор сам переключает линии питания, а генератору нужен щит АВР (автоввода резерва)
- инвертор бесшумный, а генератор сами знаете
- инвертор и аккумуляторы можно поставить в доме, они ничего не выделяют в воздух. Генератору нужно отдельное помещение или навес.
- генератор дымит
- генератор требует бензин и масло
- срок службы генератора меньше срока службы инвертора и гелевых аккумуляторов
Важно оговориться, что если нам нужно много электричества (например, электронагреватели или мощные холодильники), то аккумуляторы нас не спасут, тут генератор нужен. Аккумуляторы — это для резерва на время кратковременных отключений.
Считаем количество аккумуляторов
Ёмкость аккумуляторов считается в ампер-часах. Автомобильный аккумулятор — это, как правило, 52 или 60 АЧ. Аккумулятор маленькой машины типа Daewoo Matiz — 40АЧ. Кстати, для резервного питания можно использовать автомобильные аккумуляторы, но у них срок службы 4-5 лет и их нельзя ставить в помещение — выделяют. Специальные аккумуляторы для систем резервного питания служат 10-12 лет, полностью герметичны и не требуют обслуживания.
Аккумуляторы резервного питания имеют ёмкость до 250АЧ. Самые распространённые — 200АЧ. Вес такого аккумулятора около 65 кг.
Напряжение аккумулятора 12 вольт. Разряжается он не в ноль, а, скажем, до 10% ёмкости. Получается, что в аккумуляторе запасено 2160 Вт-часов электроэнергии. КПД хорошего инвертора МАП Энергия 96%, значит, фактически 200АЧ аккумулятор даст нам 2073 Вт-часов электроэнергии. Это означает, что холодильник со средним потреблением 100Вт-часов проработает 20 с небольшим часов от одного такого аккумулятора. Если среднее потребление дома посчитать как холодильник (небольшой и современный) + несколько светодиодных лампочек + небольшой телевизор + розетка для ноутбука, то получаем примерно 3 часа работы. Ставим 4 аккумулятора — получаем 12 часов автономной работы.
Если использовать какой-то мощный прибор, например, чайник на 1600Вт, который кипятит воду за 5 минут, то он израсходует 133 Вт-часов электроэнергии из аккумуляторов. Вот такой расчёт. Нужно сориентироваться, сколько ватт-часов электроэнергии нам необходимо для резерва, понять, в скольких аккумуляторах они содержатся, подобрать инвертор на соответствующее напряжение и максимальную мощность дома.
Общий бюджет системы складывается из:
- аккумуляторов
- инвертора
- клемм на аккумуляторы
- УЗИП — устройство защиты от импульсных помех, очень полезная вещь
- кабеля от инвертора до аккумуляторов нужного сечения
Если в какой-то момент поймёте, что аккумуляторов не хватает, можно поставить ещё столько же параллельно. Можно добавить в систему солнечные батареи, подключив их через контроллер к аккумуляторам. Можно добавить генератор, который будет запускаться по сигналу от инвертора.
Можно при помощи инвертора и батарей зарезервировать не весь дом, а какую-то ветку электроснабжения: слаботочный шкаф, аварийное освещение, газовый котёл, насосы и так далее.
196,250 просмотров всего, 514 просмотров сегодня
Источник