Автоматический выбор модели источника бесперебойного питания. Расчет автономной работы потребителя от аккумуляторов. Калькуляторы

Чтобы выполнить расчет времени работы блока бесперебойного питания в автономном режиме, воспользуйтесь усредненными показателями для большинства ИБП. К примеру, время автономной работы при полной нагрузке составляет от 4 до 8 минут, в соответствии, с уменьшением нагрузки этот период увеличивается в той же прогрессии. А можно избежать расчетов и использовать специальные таблицы, в которых определена временная шкала для всех типов ИБП с разбивкой по величинам мощности в нагрузках и емкости встроенных АКБ. При этом следует понимать, что указаны только усредненные данные, которые рассчитаны производителями в качестве оценочных.

В частности, временные параметры приводятся для наиболее идеальных условий работы ИБП, в том числе и в температурном режиме 20-25°С. Но в реальности условия эксплуатации могут значительно отличаться, что также отражается на эффективности работы аккумуляторов источников бесперебойного питания.

Чтобы максимально точно определить временной период автономии АКБ и ИБП, необходимо учесть множество параметров, которые различаются в каждом конкретном случае. Следует использовать специальную формулу, чтобы получить данные по упрощенно-приблизительному времени автономной работы ИБП от аккумуляторных батарей:

Е - показатель емкости АКБ (Ач)

U - показатель напряжения аккумулятора (В)

P - показатель мощности установки нагрузки ИБП (Вт)

Время автономной работы ИБП зависит во многом от уровня его мощности и объема аккумуляторной батареи. К наиболее требовательным нагрузкам относятся управляющие схемы для котлов отопления, для сервера, сложнейшего оборудования лабораторий по проведению циклических экспериментов, а также различного медицинского оборудования. К слову, именно сочетание этих двух характеристик позволяет гибко приспосабливать данное оборудование к самым разнообразным условиям за счет существования моделей с различным их соотношением.

Здесь можно наглядно оценить многообразие моделей

Важно! Чтобы выполнить наиболее грамотные расчеты автономной работы ИБП от аккумуляторных батарей для таких потребителей в вышеназванной формуле следует сделать скидку для:

• КПД инвертора, значение которого варьируется в диапазоне 0,75 - 0,8,
• количества аккумуляторов в одном устройстве
• степени изношенности АКБ
• глубины разряда - 0,8 - 0,9

Кроме того, емкость также снижается в зависимости от увеличения температуры в помещении – 1 градус после 40°С – на 5%. Специалисты рекомендуют вообще после 25°С снижать мощность нагрузки источника бесперебойного питания на 20% для каждых десяти последующих пунктов температуры.

Чтобы иметь возможность пользоваться ИБП как можно дольше, рекомендуется в выборе устройства обращать внимание на его дополнительные функции. В частности, подключение дополнительных зарядных плат или стабилизатора. В результате использования таких возможностей вы сможете значительно увеличить работоспособность ИБП, что даст в будущем неплохую экономию. При этом лучше доверить специалистам выполнять индивидуальный расчет параметров конфигурации ИБП.

Март 29, 2016

Точный расчет времени автономной работы от аккумулятора при помощи математических выкладок занятие нетривиальное. В связи с этим, мы упростили задачу, реализовав алгоритм расчета в калькуляторах:

Однако давайте рассмотрим подходы к определению времени автономной работы.

1) Простая формула

Т = E U / P

• Е - емкость аккумулятора в Ач
• U - напряжение
• P - мощность нагрузки в Вт.

Это сильно упрощенная формула, которая дает очень приблизительный результат при разрядах в диапазоне 5-15 часов. Подходит для того, чтобы быстро в уме прикинуть время автономии. Алгоритм не учитывает снижение энергоотдачи АКБ на коротких разрядах и увеличение на длинных, а также различные коэффициенты.

Существует усовершенствованная формула с коэффициентами:

Т = Uаб * Сак * К * h * Кр * Кg / Рнагр

• Т – время автономной работы источника бесперебойного питания, ч;
• Uаб – напряжение аккумуляторной батареи, В;
• Сак емкость аккумуляторной батареи, Ач;
• К – количество аккумуляторов в цепи;
• h – КПД преобразователя (h=0,75-0,9), часто меняется от величины нагрузки;
• Кр – коэффициент глубины разряда 0,8 –0,9 (80%-90%), следует считать 80%;
• Кg – коэффициент доступной емкости (зависит от режима разряда и температуры, см. характеристики АКБ)
• Рнагр – мощность нагрузки.

Этот алгоритм даёт относительно точные результаты, но для длительных разрядов от 1 часа и выше. На коротких разрядах результаты могут быть сильно искаженными из-за нелинейной функции разряда свинцово-кислотных АКБ. Похожий метод мы использовали в статье .

2) Формула Пекерта

T=Cp/I^ n

• T – время в часах
• Cp – емкость Пекерта (ёмкость АКБ при разряде током 1А)
• I – ток разряда
• n – экспонента Пекерта

Экспонента Пекерта иногда указывается в характеристиках АКБ, и рассчитывается она на основании данных C-рейтинга аккумулятора (емкость на разном времени разряда). Емкость Пекерта рассчитывается по формуле – Ср=R(C/R)^n (R – рейтинг в часах, соответствующий данной емкости, например, 10).

На базе этой формулы с учетом КПД инверторов и глубины разряда основаны наши калькуляторы. Они с высокой точностью рассчитывают время автономии как на коротких, так и на длинных разрядах.

3) Расчет по таблицам из спецификаций АКБ

Шаг 1. Расчет полной мощности в мощность нагрузки на аккумуляторы

Ракб= (Pнагр*cos(φ)*Кнагр)/КПДинв

• Pнагр – мощность в кВа
• cos(φ) – характеристика коэффициент мощности (характеристика нагрузки)
• Кнагр – степень загрузки ИБП
• КПДинв – коэффициент полезного действия инвертора

Для примера возьмем ИБП мощностью 120кВа работающий на нагрузке 70% с коэффициентом мощности 0.8:

Ракб= (120000*0,8*0,7)/0,94=71 489Вт - именно эта нагрузка ляжет на весь аккумуляторный банк при питании ИБП от АКБ.

Шаг 2. Расчет нагрузки на один аккумулятор

Пересчитаем нагрузку на один АКБ. Как правило, в крупных ИБП аккумуляторы соединяются последовательно кол-вом 32-40шт. Для расчета нагрузки на на одну батарею при 40АКБ:

71 489Вт/40=1 788Вт.

В дата-листе аккумуляторов как правило указывается мощность на элемент (Pэл), которых 6шт. в 12В АКБ. Следовательно:

Pэл = 1788/6 = 298Вт.

Шаг 3. Изучение разрядных таблиц батарей и подбор.

В статье мы рассматривали подвиды аккумуляторов в разрезе различного целевого использования. Одна из базовых характеристик – это энергоотдача, т.е. сколько способен отдать мощности АКБ за определенное время.

Давайте посмотрим разрядные таблицы 100Ач аккумуляторов Delta двух различных серий.

Delta DTM 12100 l:

Delta HRL 12100:

Напомним, что наша нагрузка на элемент 298Вт. Глубина разряда – 10,8В или 1,80В на элемент. Таким образом, из данных таблиц, можно сделать вывод, что DTM 12100 l продержит нагрузку около 13,8 минут (можно считать пропорционально, искажения минимальны), Delta HRL 12100 – 16,3 мин. разница порядка 15% . Кстати, разница в цене приблизительно аналогична.

4) Проведение реальных разрядов

Конечно, идеальным является проведение реальных разрядных тестов. Необходимо учитывать, что аккумуляторы набирают максимальную емкость к 10-му циклу заряда-разряда.

Для простоты мы сделали калькуляторы расчета:

А теперь представим алгоритм расчета:

1) Определяем совокупную мощность нагрузки и постоянный ток разряда.

2) Вычисляем необходимую емкость аккумулятора для заданной автономии.

3) Определяем тип аккумулятора

Пример

Дано: две светодиодные ленты мощностью по 10Вт и работающие от 12В. Необходимая автономия: 10ч. Срок службы: год при ежедневной эксплуатации. Условия эксплуатации: постоянная комнатная температура 20 градусов.

Найти: минимально допустимые и оптимальные аккумуляторы для решения задачи.

Решение

1) Совокупная мощность W=10Вт*2=20Вт. Постоянный ток разряда: I=20/12=1.67A. Для точных расчетов желательно померить ток потребления при помощи мультимера.

2) Для определения необходимой емкости следует пройти по пунктам:

а) Для того, чтобы продержать нагрузку на таком токе разряда необходимо определить минимальную расчетную емкость АКБ: 1,67*10=16,7Ач.

б) Нужно иметь ввиду, что емкость аккумуляторных батарей указывается производителями исходя из определенного времени разряда. Обычно это 10 часов. Но некоторые производители указывают 20 часов. Тут нам поможет по АКБ, которую можно взять на нашем сайте. Посмотрим спецификацию :

В нашем случае, время работы от АКБ 10 часов, значит мы можем считать емкость равной номинальной. Однако, если в задаче стоит 5 часов, то нужно делать поправку на то, что при таком времени разряда емкость АКБ будет ниже (умножаем ток разряда на часы – 4,8А*5ч=24Ач вместо 28).

В задаче мы можем видеть, что планируемое кол-во циклов у нас 365. Ориентировочная предельная глубина разряда в нашем случае – около 57%. Желательно взять с запасом, будем рассчитывать на 50% разряд (реальные условия эксплуатации отличны от идеальных лабораторных условий).

Таким образом, вводим поправку 0,5: 16,7/0,8=33,4Ач.

г) В случае, если мы имеем дело с отличной от оптимальной температурой эксплуатации (25градусов), необходимо водить поправочный коэффициент, который тоже можем взять из спецификации:

Так при температуре 10 градусов следует ввести коэффициент 0.9, т.е. ещё +10% к расчётной емкости.

3) В случае, если нам необходимы долгие режимы разряда – следует обратить внимание на серии AGM аккумуляторов популярных на российском рынке производителей:

• У АКБ Delta – серия
• У CSB –

Номинальная мощность источника бесперебойного питания – это один из самых важных технических параметров, который необходимо учитывать при выборе ИБП. Неправильный расчет мощности ИБП, как минимум, приведет к тому, что источник бесперебойного питания будет постоянно перегружаться, а значит, не сможет выполнять свое основное назначение – защищать оборудование. В худшем случае при значительной перегрузке ИБП может сам стать причиной сбоя в энергоснабжении ответственной нагрузки.

Расчет мощности ИБП. Теория.

Номинальная мощность источника бесперебойного питания определяется исходя из мощности подключенной к нему нагрузки. Здесь под нагрузкой мы понимаем суммарную мощность всех электроприборов, которые планируется подключить к ИБП . Следовательно, нужно правильно рассчитать мощность нагрузки и на основании расчета выбрать источник бесперебойного питания. Важное уточнение – при расчете следует исходить как из полной, так и из активной мощности нагрузки. Вспомним некоторые данные из курса школьной физики.

Полная мощность (единица измерения ВА, VA – вольт-ампер) это вся мощность, потребляемая нагрузкой. Полная мощность состоит из двух составляющих – активной мощности (единица измерения Вт, W – Ватт) и реактивной мощности (единица измерения var, вар – вольт-ампер реактивный). Как правило, подавляющее большинство нагрузок имеют как активную, так и реактивную составляющие.

Значение cos φ обычно указывается в техническом паспорте изделия.

Расчет мощности ИБП. Методика.

Чаще всего производители источников бесперебойного питания в технической спецификации на оборудование указывают полную и активную мощность ИБП. Реже можно встретить указание на полную мощность и значение выходного коэффициента мощности. В последнем случае активную мощность ИБП можно рассчитать по формуле

Здесь
P – полная мощность ИБП
P а – активная мощность ИБП
P F – коэффициент мощности по выходу (указывается в технической спецификации на источник бесперебойного питания)

Для того чтобы подобрать по мощности необходимую модель источника бесперебойного питания нужно рассчитать суммарную мощность электроприборов, которые планируется подключить к ИБП. Расчет следует проводить как для активной, так и для полной мощности нагрузки, то есть в итоге у вас должно получиться две цифры – полная мощность нагрузки (в вольт-амперах) и активная мощность нагрузки (в ваттах). Алгоритм расчета приблизительно следующий

1. Составьте список электрооборудования, которое планируете подключить к ИБП.

2. Определите полную мощность каждого устройства одним из следующих способов

• Полная мощность указывается производителем в паспорте на прибор.
• Если в паспорте указана активная мощность оборудования, то рассчитайте полную мощность по формуле, приведенной ниже.

Здесь
P – полная мощность устройства
P а – активная мощность устройства
cos φ – коэффициент мощности (указывается в паспорте устройства). Если cos φ в паспорте не указан, то для расчета исходим из того, что cos φ = 0,7. Для активной нагрузки (обогреватели, лампы накаливания и т.д.) cos φ = 1.

3. Важное замечание. Если вы планируете подключить к ИБП электродвигатель либо электроприбор, в состав которого входит электродвигатель, то при расчете мощности нужно обязательно учитывать пусковые токи. Любой электродвигатель в момент включения потребляет значительно больше мощности, чем в номинальном режиме работы. Поэтому чтобы избежать перегрузки источника бесперебойного питания, паспортное значение мощности устройства нужно умножить как минимум на 5, а лучше на 7.

4. Для получения значения полной мощности вашей нагрузки просуммируйте полученные данные по всем устройствам.

5. Аналогично рассчитайте активную мощность вашей нагрузки. Для расчета активной мощности используйте следующую формулу.

Расчет мощности. Правило выбора ИБП по мощности

Итак, мы получали два значения мощности нашей нагрузки – полную мощность и активную мощность. Основное правило выбора ИБП по мощности заключается в следующем: номинальная мощность источника бесперебойного питания должна быть на 25% больше чем мощность вашей нагрузки. Причем правило это должно работать как для полной мощности ИБП, так и для активной мощности. Разумеется, можно подобрать ИБП, номинальная мощность которого равна или немного больше мощности нагрузки. Такой вариант допустим, и будет работать, однако срок службы нагруженного на 100% ИБП будет существенно (в разы) меньше, чем срок службы ИБП, нагрузка которого не превышает 80% от номинальной.

Расчет мощности ИБП. Приблизительная мощность некоторых электроприборов

Ниже приведены ориентировочные значения потребления электроэнергии различными бытовыми электроприборами.

Бытовая техника.

Телевизор – 80 Вт.
Стиральная машина – 500…2000 Вт.
Холодильник – 1000 Вт.
Микроволновая печь – 1000 Вт.
Электрочайник – 2000 Вт.
Электрическая плита – 1000…2000 Вт.
Пылесос – 200…3000 Вт.
Утюг – 400…2000 Вт.
Лампа накаливания бытовая – 25…75 Вт.
Лампа люминесцентная бытовая – 5…30 Вт.

Компьютерная техника.

Сетевой роутер, хаб – 10…20 Вт.
Системный блок персонального компьютера – 200…1000 Вт.
Системный блок сервера – 300…1500 Вт.
Монитор ЭЛТ – 15…200 Вт.
Монитор ЖК – 20…60 Вт.