Источник автономного питания
Источники бесперебойного питания
Источник автономного питания из ИБП
Энергетический кризис, ставший следствием московской аварии на подстанции в Чагине и настигший Москву и ряд ближайших к ней областей, показал, что для нашего человека даже столь неординарные события — это вовсе не повод для того, чтобы нервничать.
ля Минпромэнерго РФ отключение электричества, произошедшее в московском и соседних регионах России, — это уникальная ситуация чрезвычайного характера, однако хронические отключения как отдельных домов, так и целых кварталов в различных регионах страны случаются не так уж и редко.
Работники Министерства промышленности и энергетики РФ, естественно, сделали надлежащие выводы и уже докладывают нам, что «из всего комплекса действий, связанных с ликвидацией отключения электричества, будет вынесен бесценный позитивный опыт», однако изношенное оборудование, которое служит уже по 40-50 лет, не может быть заменено в одночасье, а пока идет техническое перевооружение отрасли электроэнергетики, мы тоже можем кое-что предпринять, чтобы хоть как-то обезопасить себя от подобных издержек цивилизации.
Источники бесперебойного питания
ак известно, источники бесперебойного питания (ИБП или UPS — Uninteruptable Power Source) предназначены скорее для того, чтобы предотвратить аварийное завершение работы устройства, а вовсе не для длительной работы оного при отсутствии напряжения в электросети. Собственно, стоимость аккумуляторов составляет наиболее весомую долю в общей стоимости ИБП, причем чем большую емкость они имеют, тем система дороже.
Строго говоря, те цифры, которые указаны в прайс-листах или на корпусах ИБП, обозначают так называемую полную мощность, которая измеряется в вольт-амперах (В·А, V·A) и применима к постоянному току, или активную мощность, измеряемую в ваттах (Вт), а время работы от батарей зависит от мощности UPS нелинейно.
Для импульсных блоков питания компьютеров мощность в вольт-амперах соответствует мощности в ваттах с коэффициентом 0,6-0,8, то есть если на ИБП указано 400 V·A, то это соответствует суммарной мощности подключаемых устройств примерно в 280 Вт. Однако производители рекомендуют выбирать ИБП с расчетом 20% запаса по мощности нагрузки, чтобы у пользователя все-таки хватило времени на выполнение всех завершающих действий перед выключением компьютера. Например, для современных настольных ПК с блоками питания мощностью 300 Вт необходимо выбирать ИБП мощностью 350-360 Вт (или 514 V·A).
Как показывает опыт, простой домашний компьютер с монитором работает на ИБП мощностью 400 V·A в лучшем случае лишь 5-10 мин. Поэтому, сообразуясь с существующими моделями и запасом по мощности нагрузки, лучше выбрать ИБП, рассчитанный на 600-750 V·A. Причем если для ИБП мощностью 500 V·A время работы составит 10-15 мин, то на ИБП мощностью 1000 V·A тот же набор устройств будет работать минут 40 (то есть один мощный ИБП работает дольше, чем два с такой же суммарной мощностью). Кстати, если перегрузка ИБП будет длиться хотя бы пару секунд, он просто отключит всю нагрузку.
Однако и стоимость ИПБ зависит от мощности нелинейно. Так, скажем, если популярный ИБП APC SmartUPS 420 V·A стоит 150 долл., то APC SmartUPS 700 V·A — уже 250 долл. Впрочем, существуют и недорогие ИБП, которые не выравнивают напряжение, а только переключаются на аккумулятор в случае его отсутствия. Цены на такие устройства вполне доступны — APC BackUPS 500 V·A стоит примерно 50-60 долл.
Отметим также, что срок службы аккумуляторов в ИБП колеблется от 3 до 6 лет, а стоимость замены всех аккумуляторов в одном ИБП составляет в среднем половину полной стоимости нового устройства.
При этом недорогие ИБП, как правило, маломощные. Цены на мощные модели той же компании APC, такие как Matrix 300 и 5000 V·A, начинаются уже от 3 тыс. долл. А уж цена таких моделей, как Symmetra (APC) мощностью от 8000 до 16 000 V·A, — от 8 тыс. долл.
Таким образом, применение мощных ИБП в домашних условиях оказывается бессмысленным, а использование недорогого ИБП сводится только к тому, чтобы срочно сохранить все файлы и выключить оргтехнику во избежание потери данных.
 |
|
Источник автономного питания из ИБП
ак же нам защититься от длительных перебоев в электропитании? Неужели для этого необходимо покупать столь дорогие и мощные источники бесперебойного питания?
Здесь можно предложить два варианта:
- к штатному аккумулятору ИПС параллельно подключить недорогой автомобильный аккумулятор (кстати, у автомобилистов часто остаются вполне работоспособные аккумуляторы, использовать которые зимой они уже не решаются, но заряд такие устройства держат еще неплохо);
- для пары-тройки автомобильных аккумуляторов использовать преобразователь напряжения из 12 в 220 В.
Первый вариант, возможно, вполне сгодится в качестве дешевой альтернативы дорогостоящей замены штатных батарей ИБП, когда источник бесперебойного питания ввиду выхода из строя штатных батарей начинает работать только как сетевой фильтр. Однако в случае глубокой разрядки автомобильного аккумулятора применение нештатного аккумулятора на ИБП чревато серьезными проблемами.
Ведь схема управления ИБП, как правило, рассчитана только на штатную батарею. Например, если вы вздумаете заменить на том же APC BackUPS 500 V·A штатную батарею 12V7AH на новую 12V20AH (по сути такую же, но более емкую), то при зарядке более емкая батарея будет брать больший ток и от перегрева проводов и элементов схемы наверняка выйдет из строя контроллер управления (или сработает защита от превышения тока в схеме подзарядки и зарядка попросту не пойдет).
Что касается автомобильного, гораздо более емкого аккумулятора, то средний ток зарядки не сильно разряженной аккумуляторной батареи не превышает 1/10 от максимального, поэтому при неглубокой разрядке ничего случиться не должно. Однако после сколько-нибудь значительной разрядки дополнительного аккумулятора вам придется отсоединять его от ИБП и заряжать отдельным зарядным устройством, а это не очень удобно.
Что можно предпринять в данной ситуации? Во-первых, можно использовать для подключения дополнительной батареи отдельный контроллер по минимальному и максимальному напряжению (например, описанный на http://battery.newlist.ru/chargers_lvd_01.htm). Тогда дополнительная схема автоматического отключения нагрузки по минимально и максимально допустимому напряжению защитит схему ИБП. Пороги срабатывания вы отрегулируете потенциометрами, а диапазон рабочих напряжений будет определяться параметрами используемых транзисторов.
Или же, если вы планируете использовать автомобильный свинцово-кислотный аккумулятор, то и ИПБ нужно выбирать не со щелочным, а со свинцово-кислотным штатным аккумулятором. Тогда схема подзарядки ИПБ будет рассчитана на использование батарей со сходными параметрами, следовательно, разряженный автомобильный аккумулятор не сожжет контроллер ИБП. Конечно, у любой схемы подзарядки есть некий предел тока и если навесить на совсем уж маломощный ИБП внешний автомобильный аккумулятор, то ИПБ может и сгореть, особенно если доводить аккумулятор до полной разрядки.
Впрочем, можно использовать и смешанную схему, когда автомобильный аккумулятор заряжается постоянно подключенным зарядным устройством для автомобильных аккумуляторов (с контролем от перезаряда и прочей автоматикой) и одновременно аккумулятор подключается к ИБП параллельно штатной батарее. Таким образом, в этом случае ИБП служит лишь преобразователем напряжения из 12 в 220 В.
Вариант со специальным преобразователем напряжения 12/220 В вместо ИБП более надежен, но такой преобразователь напряжения большой мощности сравним по стоимости с ИБП и к тому же все равно потребует приобретения достаточно мощного зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов. При этом маломощное зарядное устройство заряжает очень долго, а мощное стоит довольно дорого и имеет внушительные размеры (то есть наряду с экономической целесообразностью такой системы необходимо будет рассмотреть и ее массогабаритные параметры).
Стоимость автомобильных адаптеров 12/220 В мощностью 600 Вт составляет примерно 80-100 долл. Преобразователь напряжения 12/220 В мощностью 1200 Вт обойдется уже в 200-220 долл., а адаптер мощностью 2500-3000 Вт — более чем в 400 долл. Как видите, даже цены адаптеров уже вполне сопоставимы с ценами аналогичных по мощности ИБП, а ведь нам еще понадобится зарядное устройство для аккумуляторов!
|
|
Готовые решения
принципе, сама идея использования автомобильных аккумуляторов в качестве источника автономного питания не нова, и российская промышленность имеет несколько готовых решений. Так, например, фирма «МикроАрт» (http://www.invertors.ru) предлагает относительно недорогие устройства МАП «Энергия» — преобразователи постоянного напряжения 12 или 24 в переменное 220 В (двунаправленные инверторы) мощностью от 0,9 до 12 кВт со встроенным интеллектуальным микроконтроллером, обеспечивающим автоматическое управление режимами и, при необходимости, связь с компьютером.
Такой преобразователь одновременно и заряжает автомобильные аккумуляторы (один или несколько), и используется как источник автономного питания: если есть сетевое напряжение 220 В, то он просто пропускает его сквозь себя и, при необходимости, подзаряжает аккумуляторы; если же внешнее сетевое напряжение исчезло — он мгновенно начинает генерировать 220 В от аккумуляторов. Время работы такого источника зависит от нагрузки и емкости аккумуляторов. Так, четырех аккумуляторов по 190 А/ч хватит на 17 ч при постоянной нагрузке 500 Вт (см. таблицу). Также, например, любой автомобиль можно будет использовать как автономную электростанцию на колесах, причем двигатель автомобиля некоторое время можно даже не включать. Такой преобразователь значительно дешевле газовой или дизельной мини-электростанции, миниатюрен и легок. Цена преобразователей МАП «Энергия» — от 8 тыс. руб. Дополнительно за 650 руб. можно приобрести шнур, контроллер и ПО для подключения этого устройства к компьютеру (то есть МАП «Энергия» способен полностью заменить ИБП).
Мобильные дизель-генераторыОтметим, что, кроме ИБП, существует рынок мобильных дизель-генераторов, которые могут обеспечивать электропитанием на очень длительное время. Конечно, мощности у них обычно начинаются от нескольких киловатт, поэтому и цена таких устройств весьма высока. Однако сегодня встречаются уже мобильные топливные генераторы ценою от 100 долл.
4-х литров топлива этого портативного генератора хватает на 6 часов. Обеспечивается напряжение 220 В (50 Гц, 3 А), мощность — 650 Вт. |
||
Если же перебои с электричеством очень длительные или его нет вообще, то можно использовать такой преобразователь совместно с мини-электростанцией (газовой или дизельной), а также с альтернативными источниками питания (солнечными гелиоустановками и ветрогенераторами) для накопления энергии. В этом случае, включая электростанцию всего на 3 ч в день, можно обеспечить себя электричеством на круглые сутки!
Помимо использования данного устройства в качестве источника бесперебойного или автономного питания, его можно задействовать и как преобразователь постоянного напряжения 12 или 24 В (существует два варианта устройств) в переменное 220 В с частотой 50 Гц, и как пускозарядное устройство для автомобиля.
Устройство обеспечивает защиту от перегрузки, короткого замыкания, подключения аккумулятора неправильной полярностью, от перезаряда и полного разряда аккумулятора. Кроме того, оно снабжено системой защиты питаемых устройств от перенапряжений и системой плавного пуска, что исключает высокое потребление тока в момент запуска.
Время работы от аккумулятора
|
|
Заметки на полях
еобходимо отметить, что свинцово-кислотные автомобильные аккумуляторные батареи настоятельно не рекомендуется заряжать в жилом помещении, так как при интенсивной подзарядке они выделяют газы. В процессе работы (разрядки) кислотные аккумуляторы вполне безобидны. Отметим, что, в частности, именно поэтому аккумуляторы для ИБП значительно дороже — их конструкция герметична и сверху у них отсутствуют вентиляционные отверстия. Поэтому аккумуляторное хозяйство в городской квартире лучше держать на балконе.
