Источники бесперебойного питания (ИБП) получили широкое распространение в обеспечении нормальной работы различных устройств и систем. Имеющиеся в продаже ИБП различаются по своим характеристикам и стоимости. Основной характеристикой, влияющей на выбор источника бесперебойного питания, является время работы ИБП. Но при расчете легко допустить ошибку и выбрать устройство, не соответствующее требуемым параметрам.
Расчёт времени работы по ёмкости и времени работы
Прежде чем перейти к расчету времени работы ИБП (APC), разберем подробнее, что он собой представляет и какие типы существуют.
ИБП устройство, предназначенное для контроля напряжения, которое поступает на него от электрической сети переменного тока. При нарушении параметров электроснабжения оно переводит питание устройств на питание от аккумуляторных батарей. Постоянный ток, получаемый от аккумуляторов, преобразуется в переменный с требуемыми параметрами.
Существует 3 типа ИБП:
- Пассивного типа.
- Линейно-интерактивные.
- С двойным преобразованием.
ИБП пассивного (офлайн) типа являются недорогими и простыми в монтаже и эксплуатации, имеют небольшой вес. При нормальных условиях такой ИБП не работает и защищаемое оборудование питается от электросети напрямую.
При отсутствии напряжения в электросети или отклонении параметров электроснабжения от номинальных устройство переводит питание подключенных к нему приборов на питание от аккумуляторных батарей. Но простота такой конструкции имеет и свои недостатки — при любом отклонении параметров электроснабжения происходят частые переключения на питание от аккумуляторов, которые быстро выводят последние из строя.
Схема ИБП пассивного типа
Скорость срабатывания вышеуказанных ИБП составляет от 4 до 15 мс. При таких перепадах электропитания возможна нормальная работа большинства электроприемников, в том числе персонального компьютера, но увеличивается вероятность «подвисаний» и «лагов».
Применяются для обеспечения защиты потребителей в электросетях без существенных помех и при наличии стабильного электроснабжения.
Линейно-интерактивные (онлайн) ИБП имеют встроенный стабилизатор напряжения, который позволяет увеличить диапазон регулирования параметров входного напряжения и переводить питание на аккумуляторы только при отключении питания, неисправности или перегрузке.
Схема ИБП линейно-интерактивного типа
Такие устройства обеспечивают лучшее качество электроэнергии, низкие задержки времени при переключении и снижение помех. Применяются для защиты потребителей в электросетях с небольшими уровнем помех и колебаниями напряжения.
В ИБП с двойным преобразованием переменное напряжение, которое поступает на вход устройства, преобразуется в постоянное, а затем в переменное. В случае отсутствия напряжения на питающей сети устройство переводит питание на АКБ.
Схема ИБП с двойным преобразованием
Такие ИБП позволяют получить переменный ток с чистой синусоидой, обеспечить полную защиту от всех помех и отсутствие задержек при переводе питания от аккумуляторов. Из-за более сложной конструкции такие приборы требуют квалифицированной установки и обладают более высокой стоимостью.
Применяются при необходимости защиты ответственных потребителей в электросетях со значительными помехами и колебаниями частоты и напряжения.
В зависимости от нагрузки расчет времени автономной работы ИБП в часах производится по формуле:
T=(C*V*η)/P, где
- С паспортная емкость аккумуляторных батарей (АКБ) в ИБП (А*ч);
- V напряжение одной аккумуляторной батареи (В);
- η коэффициент полезного действия (КПД) инвертора ИБП;
- Р мощность подключенных потребителей, средняя (Вт).
Напряжение 1 аккумуляторной батареи и КПД инвертора указаны в документации к ИБП.
Полную емкость аккумуляторных батарей определим по формуле (при условии, что все АКБ одинаковые):
С=C1*Квстр*Квнеш, где
- С емкость одной АКБ (А*ч);
- Квстр количество встроенных АКБ (шт.);
- Квнеш количество внешних АКБ (шт.).
Мнение экспертаАлексей БартошСпециалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.Задать вопросПример. Имеется персональный компьютер, в который установлен блок питания мощностью 750 Вт. Реальное потребление в данный момент времени составляет сумму всех мощностей, потребляемых устройствами, входящими в состав системного блока. Так, центральный процессор потребляет 80 Вт, видеокарта 150 Вт, жесткий диск 10 Вт, материнская плата 10 Вт. Для обеспечения бесперебойного питания следует также учитывать потребляемую мощность ЖК-монитора 30 Вт. Получаем нагрузку 280 Вт.
Допустим, нужно произвести расчет времени работы от аккумулятора для персонального компьютера, потребляющего мощность 280 Вт. При этом количество батарей, установленных в ИБП, составляет 10 штук. Емкость каждой батареи 7 А*ч, напряжение 12 В, КПД инвертора 0,92. Мощность в ВА составит 280*1,41=395.
По формуле полная емкость составит:
С=7*10=70 А*ч
Время автономной работы:
T=(70*12*0.92)/280
Получаем Т=2,76 или 165 минут. Это означает, что емкости АКБ будет достаточно для работы системного блока и монитора персонального компьютера в течении 192 минут.
Подбор ёмкости аккумулятора по нагрузке и времени работы
Подбор емкости аккумулятора производим по формуле:
С=100*Т*P, где
С паспортная емкость аккумуляторных батарей (АКБ) в ИБП (А*ч);
Т время автономной работы (час);
Р мощность подключенных потребителей, средняя (кВт).
К примеру, нужно определить емкость АКБ для обеспечения времени автономной работы в течение 8 часов при нагрузке 500 Вт (0,5 кВт).
По формуле вычисляем:
С=100*0,5*8=400 А*ч
То есть для обеспечения времени автономной работы в течение 8 часов при нагрузке 500 Вт нужно выбрать АКБ емкостью 400 А*ч.
В связи с тем, что емкость АКБ с течением времени заряда изменяется не линейно, данная формула пригодна для расчетов при длительном времени автономной работы в течение 9-10 часов. При меньшем времени работы нужны поправки. Для этого нужно знать КПД инвертора и кривую разряда для данного типа АКБ.
Как выбрать ИБП по мощности нагрузки
Мощность бесперебойника может быть выражена в ВА (вольт-амперах), то есть в произведении амплитуды напряжения (вольт) и амплитуды тока (амперы). Это так называемая полная мощность устройства. Например, для выбора ИБП по мощности рассмотрим устройство мощностью 500 ВА с выходным напряжением 220 В будет выдавать ток 2,3 А. При увеличении силы тока произойдет перегрузка ИБП.
Также мощность может быть указана в ваттах (Вт). Разница между мощностью, указанной в Вт и ВА, означает, что в Вт указана мощность для среднеквадратичных значений напряжения и тока, а мощность, указанная в ВА, выражена для амплитудных значений тока и напряжения.
Перевод мощности из амплитудной в среднеквадратичную производится умножением первой на коэффициент 1,41. Для расчета амплитудной мощности с учетом реактивности нагрузки служит коэффициент мощности, который может находиться в пределах от 0,6 до 0,8. Чем выше коэффициент мощности, тем более эффективно работает устройство и ниже потери электроэнергии.
При расчете мощности нагрузки при выборе ИБП нужно:
- Определиться, какое оборудование необходимо подключить к ИБП для его защиты.
- Рассчитать суммарную номинальную мощность оборудования.
- При наличии нагрузки со значительными пусковыми токами (различные электродвигатели, например, электродвигатели насосов или кондиционеров) нужно рассчитать нагрузку с учетом последних.
- Нужно определиться со временем автономной работы оборудования (например, для персонального компьютера при отсутствии напряжения в питающей сети требуется около 3-х минут для правильного завершения работы).
Заключение
По статистике количество случаев повреждений оборудования, вызванных прекращением подачи напряжения в питающей сети, не так велико, если сравнивать с количеством неисправностей, возникающих из-за перенапряжений или пониженного напряжения.
Поэтому, если имеется необходимость наряду с обеспечением надежного электроснабжения таких потребителей, как компьютеры или серверное оборудование и обеспечить их длительный срок службы, следует применять ИБП при питании даже от электросети, где вероятность отключения мала.
