Расчет времени работы ибп от аккумуляторов при известной нагрузке

Онлайн калькуляторы расчета параметров работы ИБП оперируют установленными значениями КПД инвертора и других коэффициентов – мощности нагрузки, глубины разряда, доступной емкости. Заложенные в программу данные могут не совпадать с реальными, в этом случае только результат самостоятельного расчета по формуле будет точным.

Расчет времени работы ИБП

Расчет времени работы ИБП через необходимую емкость АКБ. Если требуется приблизительно оценить емкость АКБ для необходимого времени резервной работы ИБП/Инвертора с конкретной нагрузкой, то можно воспользоваться следующей упрощенной формулой:

Помните, что емкость АКБ суммируется только при параллельном соединении. При последовательном подключении складывается вольтаж батарей, а емкость остается равной номинальному значению одного источника питания.

Расчет времени работы ИБП при известной емкости АКБ. Если требуется приблизительно оценить времени резервной работы ИБП/Инвертора с конкретной нагрузкой при заданной емкости АКБ, можно воспользоваться следующей упрощенной формулой:

t(ч) – расчетное время резерва в часах; C(Ач) – суммарная емкость АКБ в Ампер-часах (55 Ач, 75 Ач, 100 А∙ч и т.п.); U (В) – суммарное напряжение АКБ в Волтах  (12 В, 24 В или 48 В); P (Вт) – полная мощность нагрузки в Ваттах (100 Вт, 200 Вт, 1000 Вт и т.п.).

Пример:

Мощность подключенной нагрузки к ИБП —  150 (Вт) (типичная для газового котла), необходимое время работы в режиме резерв — 8 (ч.), напряжение АКБ — 12 (В).

Расчет времени работы ИБП через необходимую емксть АКБ:

Расчет времени работы ИБП при известной емкости АКБ. Мощность подключенной нагрузки к ИБП —  150 (Вт) (типичная для газового котла), емкость АКБ — 100 (А∙ч), напряжение АКБ — 12 (В):

Более точная формула  расчета времени резервной работы ИБП, учитывает КПД и глубину разряда АКБ.

η – КПД инвертора (паспортная величина), для ИБП и инверторов «СибКонтакт»величина КПД  – от 0,85; P (Вт) – мощность нагрузки в Ваттах; U (В) – напряжение АКБ в Вольтах; Kр – глубина разряда АКБ, берется в значениях от 0,6 — 0,8 (т.е.глубина разряда АКБ от 60 % до 80 %) типичное значение 0,75.

Расчет необходимой авктивной мощности ИБП/инвертора

Если мощность ИБП меньше суммарной нагрузки, тогда прибор сразу же отключится после запуска. Перед покупкой бесперебойника подсчитайте потребление всех устройств, которые будут от него запитаны. Найдите данные на корпусе или в техпаспорте изделий, затем сложите.

Для реактивной нагрузки (аппараты с электродвигателями, кондиционеры, микроволновые печи и т.п.) обычно указывают полную мощность в Вольт–Амперах (В∙А). Если фигурируют Ватты, надо рассчитать необходимую мощность ИБП с учетом реактивной составляющей:

Здесь: Pа(Вт) – активная мощность в Ваттах; P(В∙А) – реактивная мощность в Вольт–Амперах; cos(φ) – коэффициент мощности, типовое значение для индуктивной нагрузки – 0,75.

Также учитывайте, что в технике с электродвигателями пусковые токи от трех до восьма раз больше, чем в рабочем режиме: бытовой холодильник на 150 Вт мощности, например, потребляет в момент включения компрессора около (600 –800) Вт. Приятная новость: подобным устройствам требуется синусоидальный ток, и все ИБП/инверторы «Сибконтакт» выдают на выходе именно такую форму переменного напряжения.

Все вышеприведенные формулы, в упрощенном виде, встроены в наш онлайн «КАЛЬКУЛЯТОР» (виджет). Меняя параметры, можно легко определить, например, время работы ИБП от аккумулятора или  наоборот — емкость аккумулятора, для необходимого времени работы ИБП в режиме резерв.

Теперь пора перейти в интернет-магазин «Сибконтакт», где в наличии бесперебойники мощностью от 300 Вт, в том числе модели со сквозной нейтралью для газовых котлов.

Для серьезных задач подойдет  UPS ИБП МИ3024 Offline номиналом 3,3 кВт, выдерживающий двойную нагрузку в течение пяти секунд.

Перейти в каталог ИБП

Перейти в каталог инверторов

Перейти в каталог АКБ

Проблемы с блоком розжига газового котла  в частном доме? Рекомендуем к прочтению статью — Ошибка на котле Е01

Если у Вас остались вопросы — сообщите нам. Мы подберем для Вас лучшее решение!

Как профессионально и точно рассчитать время автономной работы бесперебойника или других потребителей от аккумуляторных батарей?

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:

• Расчет количества аккумуляторов по нагрузке и автономии
• Расчет времени автономии по нагрузке

Однако давайте рассмотрим подходы к определению времени автономной работы.

1) Простая формула

Т = E • U / P

где:

• 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

где:

• 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 Расчет автономной работы потребителя от аккумуляторов.

2) Формула Пекерта

T=Cp/I^ⁿ

где:

• 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

Профессионально и точно можно рассчитать время автономии используя разрядные таблицы аккумуляторов. Опишем алгоритм по шагам:

Шаг 1. Расчет полной мощности в мощность нагрузки на аккумуляторы

Ракб= (Pнагр*cos(φ)*Кнагр)/КПДинв

где:

• 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 Как правильно выбрать аккумулятор для ИБП 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.

1. Главная
2. Статьи

 /

Расчёт времени резерва питания нагрузки от ИБП

23-08-2022

Определение необходимого времени автономной работы ИБП

Учитывая возможность отключения внешнего электропитания дома, необходимо знать (определить) расчётное время автономной работы источника бесперебойного питания котла отопления. Причин, по которым может пропасть напряжение в сети, достаточно много. Это может быть авария на линиях электропередач, авария на трансформаторной подстанции, обрыв подводящих линий электросети, замыкание проводки внутри дома, существенные искажения параметров поставляемого тока, переход поставщика энергии на графики временных отключений потребителей.

Однако, какой бы ни была причина отключения электроэнергии, необходимо обеспечить эффективное и надёжное электропитание отопительного оборудования. Остановка системы отопления в зимнее время может привести к размораживанию системы и большим расходам по её ремонту и ремонту помещений.

Длительность отключений электроэнергии существенно различается в разных районах города или в разных поселениях. Для примерной оценки времени возможных отключений нужно провести длительные наблюдения или опрос соседей.

Если длительность отключений не превосходит одних суток, то задачу обеспечения бесперебойным электропитанием системы отопления можно решить с помощью установки нужного ИБП. Если длительность отключений превосходит сутки, то для решения задачи бесперебойного питания лучше использовать комбинацию двух приборов: ИБП и электрогенератор.

Расчёт времени автономной работы ИБП системы отопления дома

После того, как мы определились с желаемой длительной автономной работы системы отопления, можно переходить к проектированию системы бесперебойного питания отопительного оборудования.

На этом этапе нужно определить общую электрическую мощность всех приборов системы отопления, для которых необходимо обеспечивать автономное электропитание.

Точное значение электрической мощности отопительного оборудования можно найти в технических паспортах данных приборов. Для расчёта конфигурации источника бесперебойного питания и времени его автономной работы можно использовать приблизительные значения мощности приборов.

Электрическая мощность настенных газовых котлов отопления обычно находится в диапазоне от 100 до 200 Вт.

Электрическая мощность напольных газовых котлов отопления обычно находится в диапазоне от 50 до 150 Вт.

Электрическая мощность внешних циркуляционных насосов обычно находится в диапазоне от 50 до 200 Вт.

Значения некоторых популярных котлов отопления вы найдёте в статье Электрическая мощность настенных и напольных газовых котлов.

Аналитический метод расчета времени автономной работы бесперебойника для котла

Длительность автономной работы ИБП с внешними аккумуляторными батареями зависит в первую очередь от общей ёмкости всех АКБ. Фактически, при работе ИБП происходит перевод энергии заряда аккумуляторных батарей в электрическую энергию с напряжением 220 Вольт. Так как инвертор бесперебойника не является абсолютно идеальным прибором и имеет потери, то необходимо учитывать коэффициент его полезного действия. Кроме того, аккумуляторные батареи не могут высвободить все 100 % энергии, нужно учитывать коэффициент доступной ёмкости АКБ.

С учетом этих коэффициентов формула расчёта принимает следующий вид:

T  = E * U / P * KPD * KDE  (часов),

где E — ёмкость всех подключенных АКБ, U — напряжение АКБ, P — мощность нагрузки, KPD примерно равен 0,8,  KDE равен примерно 0,9. 

Коэффициенты доступной ёмкости и полезного действия не являются фиксированными величинами. Эти коэффициенты зависят от скорости расхода энергии, от температуры и влажности воздуха.

Приведём несколько примеров расчётов времени автономной работы ИБП:

1. Используются АКБ напряжением 12 Вольт и ёмкостью 60 Ач. ИБП осуществляет питание настенного котла отопления электрической мощностью 150 Вт.
   В этом случае получаем время автономной работы ИБП:
   T =  60 х 12 / 150 х 0,8 х 0,9 = 3,5 ч
2. Используются АКБ напряжением 12 Вольт и ёмкостью 150 Ач. ИБП осуществляет питание настенного котла отопления электрической мощностью 150 Вт.
   В этом случае получаем время автономной работы ИБП:
   T =  150 х 12 / 150 х 0,8 х 0,9 = 8,6 ч
3. Используются два АКБ напряжением 12 Вольт и ёмкостью 150 Ач. ИБП осуществляет питание настенного котла отопления электрической мощностью 150 Вт.
   В этом случае получаем время автономной работы ИБП:
   T =  2 х 150 х 12 / 150 х 0,8 х 0,9 = 17,2 ч
4. Используются два АКБ напряжением 12 Вольт и ёмкостью 120 Ач. ИБП осуществляет питание напольного котла отопления электрической мощностью 50 Вт и двух циркуляционных насосов мощностью 100 Вт каждый.
   В этом случае получаем время автономной работы ИБП:
   T =  2 х 120 х 12 / (50 + 2 х 100)  х 0,8 х 0,9 = 8,3 ч
5. Используются три АКБ напряжением 12 Вольт и ёмкостью 200 Ач. ИБП осуществляет питание напольного котла отопления электрической  мощностью 50 Вт и трех циркуляционных насосов мощностью 100 Вт каждый
   В этом случае получаем время автономной работы ИБП:
   T =  3 х 200 х 12 / (50 + 3 х 100)  х 0,8 х 0,9 =  14,8 ч
6. Используются три АКБ напряжением 12 Вольт и ёмкостью 200 Ач. ИБП осуществляет питание настенного котла отопления электрической мощностью 130 Вт
   В этом случае получаем время автономной работы ИБП:
   T =  3 х 200 х 12 / 130 х 0,8 х 0,9 =  40 ч

Использование таблиц для расчёта времени автономного бесперебойного питания

Для расчёта времени резерва источников бесперебойного питания для систем отопления можно использовать специальную таблицу. Таблица составлена на основе использования формулы расчёта времени автономной работы ИБП. При расчёте данных использовались следующие значения вспомогательных коэффициентов: КПД источника бесперебойного питания 80%, коэффициент доступной ёмкости аккумуляторной батареи 90%.

Таблица расчёта времени автономной работы ИБП для котлов отопления по общей ёмкости подключенных АКБ в зависимости от величины полезной нагрузки.

Общая ёмкость и напряжение АКБ	Нагрузка 100 Вт	Нагрузка 150 Вт	Нагрузка 200 Вт	Нагрузка 300 Вт	Нагрузка 400 Вт	Нагрузка 500 Вт
40 Ач, 12 В	3,5 ч	2,3 ч	1,7 ч	—	—	—
60  Ач, 12 В	5,2 ч	3,5 ч	2,6 ч	—	—	—
100 Ач, 12 В	8,6 ч	5,8 ч	4,3 ч	2,9 ч	2,2 ч	1,7 ч
150 Ач, 12 В	13 ч	8,6 ч	6,5 ч	4,3 ч	3,2 ч	2,6 ч
200 Ач, 12 В	17,3 ч	11,5 ч	8,6 ч	5,8 ч	4,3 ч	3,5 ч
300 Ач, 12 В	25,9 ч	17,3 ч	13 ч	8,6 ч	6,5 ч	5,2 ч
400 Ач, 12 В	34,6 ч	23 ч	17,3 ч	11,5 ч	8,6 ч	6,9 ч
500 Ач, 12 В	43,2 ч	28,8 ч	21,6 ч	14,4 ч	10,8 ч	8,6 ч
600 Ач, 12 В	51,8 ч	34,6 ч	25,9 ч	17,3 ч	13 ч	10,4 ч

Примечание: ориентировочное время резерва указано при следующих условиях:

• АКБ полностью заряжена;
• температура АКБ +25 °С;
• фактическая ёмкость АКБ соответствует номиналу, указанному на АКБ.

Указано время для НЕПРЕРЫВНОГО режима работы. В циклическом режиме работы время увеличится пропорционально.

Время работы в значительной степени может отличаться от полученных значений в зависимости от типа производителя АКБ, а также от остаточной ёмкости АКБ.

При выборе ИБП для котла отопления следует учитывать следующие параметры:

• максимальную полную мощность подключаемой полезной нагрузки с учётом реактивной нагрузки;
• максимальную разрешенную ёмкость подключаемых АКБ;
• время заряда батарей указанной ёмкости.

Более точные таблицы расчёта длительности резерва источника бесперебойного питания для систем отопления вы найдёте в технических спецификациях специализированных ИБП в разделе Источники бесперебойного питания.

Читайте также по теме

• Автоматика котлов отопления и ИБП для котлов
• ИБП «Бастион» продлевает жизнь аккумуляторов
• Таблицы совместимости аккумуляторов для ИБП
• Как увеличить срок службы аккумулятора ИБП
• Болит голова за АКБ? Есть «лекарство»!

Особенности подбора ИБП

По сравнению со стабилизаторами напряжения, источники питания являются более сложными устройствами в техническом плане, из-за этого расчет ИБП, то есть подбор необходимой модели, будет включать несколько больше параметров, в частности, помимо мощности устройства, потребуется определить емкость аккумуляторных батарей (АБ), зависящую от требований ко времени автономии.

При неверном подборе данных технических характеристик ИБП, общая эффективность его работы, а также обеспечиваемый уровень бесперебойности вряд ли будут приемлемыми. Ниже приведены методики расчета этих параметров.

Подбор ИБП по мощности и времени автономной работы

Алгоритм подбора модели ИБП состоит из описанных ниже этапов.

1. Определение суммарной мощности потребителей

Для начала необходимо определить, какие электроприборы вы будете напитывать от ИБП и какая у них потребляемая мощность. При этом важно не забыть о величине пусковых токов нагрузки. Их значение может в несколько раз отличаться от номинального.

Информацию о величине потребляемой мощности и пусковых токах можно узнать в техпаспорте изделия или у производителя электроприбора. Определив максимальную суммарную мощность нагрузки в Вт, необходимо подобрать ИБП по активной выходной мощности, которая должна быть больше рассчитанного значения примерно на 20-30%.

2. Выбор типа конструктива ИБП

Выбор типа конструктива зависит от того, где вам необходимо разместить устройство, чтобы обеспечить надежное подключение ИБП к сети и нагрузке.

3. Определение требуемого времени автономной работы ИБП

Расчёт аккумуляторных батарей для ИБП

В данном разделе мы приведём простой алгоритм подбора стандартных 12-вольтовых батарей типа AGM (Absorbent Glass Mat).

1. Посчитайте количество АБ

Для начала нужно посчитать количество батарей, которое потребуется для работы выбранной модели ИБП. В этом поможет следующая формула:
N батарей = Номинальное напряжение АБ / 12 Вольт, где 12 Вольт – это номинальное напряжение одной батареи.

Номинальное напряжение АБ указывается в Вольтах, это значение можно найти в технических характеристиках модели ИБП.

2. Выясните отдаваемую мощность каждой ячейки батареи

Далее необходимо выяснить мощность, которую должна отдать батарея при пересчете на 2-вольтовую ячейку. Как правило, именно это значением большинство производителей аккумуляторных батарей указывают в разрядных таблицах подбора батарей.

Поясним, что стандартная 12-вольтовая свинцово-кислотная аккумуляторная батарея ИБП представляет собой корпус, в котором находится 6 соединенных последовательно ячеек, каждая из которых имеет номинальное напряжение 2 В.

3. Подберите подходящую модель аккумуляторной батареи

Когда мощность ячейки батареи выяснена, перед тем как переходить на сайт производителя АБ и подбирать подходящую модель понадобиться уточнить еще один параметр – конечную точку разряда ячейки батареи (В/эл-т), то есть значение напряжения, ниже которого нельзя разряжать батарею. Это устанавливаемая величина, которая не может быть ниже 1,6 Вольт на каждую 2-вольтовую ячейку батареи, и зависит от длительности разряда.

Теперь, зная три основных параметра (время автономной работы, значение отдаваемой мощности ячейки батареи и конечную точку ее разряда), определяется подходящая модель аккумуляторной батареи. Для этого необходимо использовать таблицы разряда постоянной мощностью батареи при 25 градусах Цельсия (это предельно допустимая температура для ее эффективной эксплуатации). Такие таблицы, как правило, указаны на сайте производителя на странице модели батареи.

Важно отметить, что подбирать батареи всегда необходимо с большей мощностью, чем это требуется.

4. Подберите вариант установки АБ

После подбора подходящих внешних батарей необходимо определить способ их установки. У каждого производителя существует множество вариантов установки АБ в зависимости от конструктивного исполнения самого источника питания.

Пользователь может обойтись и без специального устройства для установки батарей, но в этом случае ему все равно нужно будет самостоятельно организовать их защиту.

Пример подбора аккумуляторных батарей для автономного питания газового котла

Необходимо обеспечить бесперебойное питание газового котла и циркуляционного насоса, установленных в частном доме.

В качестве ИБП для решения нашей задачи выберем настенную модель «Штиль» SW1000L с выходной мощностью 900 Вт, без встроенных батарей, но с поддержкой подключения внешних.

Расчет внешних аккумуляторных батарей для ИБП SW1000L будет происходить в следующей последовательности:

1) Рассчитаем необходимое количество внешних АБ (у данной модели номинальное напряжение внешних АБ составляет 36 В):
N батарей = 36 В / 12 В. Таким образом, расчет показал, что потребуется 3 аккумуляторные батареи.

2) Выясним отдаваемую мощность каждой ячейки батареи (у данной модели КПД инвертора при работе от батарей составляет 86%):
P ячейки = 600 / 18 х 0,86. Необходимая мощность ячейки аккумуляторной батареи составляет 38,7 Вт.

В качестве примера воспользуемся моделями аккумуляторных батарей компании Энергон. Зайдем на сайт производителя и выберем необходимую батарею. Из всего ассортимента изделий нам подойдет серия Delta DTM L, которая используется для питания требовательных электрических приборов – насосов и котлов систем отопления.

Для нашего случая батарея Delta DTM 1290 L с отдаваемой мощностью ячейки 44.2 Вт является оптимальным вариантом.

4) Определим, куда будем устанавливать батареи. Для размещения выбранных батарей потребуется напольный батарейный стеллаж, например, стеллаж BS-01 от производителя «Штиль», который позволяет установить как раз до трех батарей емкостью 90 Ач.

Модельный ряд ИБП «Штиль»

Ознакомиться с полным модельным рядом ИБП «Штиль» можно, перейдя по ссылке:
Настенные источники бесперебойного питания «Штиль» для котлов. Модельный ряд.

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:

1. Пассивного типа.
2. Линейно-интерактивные.
3. 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.

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.

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.

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.).

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:

1. Определиться, какое оборудование необходимо подключить к ИБП для его защиты.
2. Рассчитать суммарную номинальную мощность оборудования.
3. При наличии нагрузки со значительными пусковыми токами (различные электродвигатели, например, электродвигатели насосов или кондиционеров) нужно рассчитать нагрузку с учетом последних.
4. 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.

Чтобы обеспечить бесперебойную работу различных устройств, приборов и систем, используют источники бесперебойного питания. Рынок этими устройствами пестрит, поэтому выбор может быть довольно непростым решением. Чтобы не переплачивать, рекомендуют провести расчет времени работы ИБП в зависимости от нагрузки, которая будет ложиться на их плечи при отключении питания главного фидера.

Принцип работы

Источник бесперебойного питания — это устройство, которое контролирует параметры выходного напряжения вашей сети. В качестве основного источника электроэнергии используется городская сеть. В качестве резервного — аккумуляторные батареи.

Согласно стандарту международной электротехнической комиссии все ИБП подразделяются на три основных типа:

• Пассивные (резервные);
• Линейно интерактивные;
• С двойным преобразованием.

Принцип работы ИПБ резервного типа (еще называют оффлайн) — при напряжении сети, не выходящем за заданные пределы данное устройство, передает напряжение от электросети к нагрузке, не внося в него никаких изменений. Если напряжение выходит за заданные пределы, он отключает подачу напряжения от сети и переключается на подачу напряжения от аккумуляторных батарей. При этом, преобразуя постоянное напряжение, АКБ в переменное напряжение промышленной частоты.

Плюсы этого типа простой в монтаже, простой в работе, достаточно дешевый.

Минусы: частое переключение на подачу питания от АКБ расходует их ресурс.

Принцип работы ИБП линейно-интерактивного типа отличим от офлайновых только тем, что в их работе задействован стабилизатор напряжения. Диапазон предельно допустимого напряжения этих ИБП шире. То есть при падении напряжения в более широких пределах, стабилизатор сперва выравнивает напряжение, а если этого недостаточно, то ИБП переключается на электроснабжение от аккумуляторных батарей. При этом скорость переключения линейно интерактивных бесперебойников составляет 4.7 мс. Этого времени достаточно для продолжения работы компьютера. А вот для систем более чувствительных к перепадам (серверное и медицинское оборудование) лучше применять другой  тип оснащения.

Принцип работы ИБП с двойным преобразованием (еще называют онлайн) – напряжение от сети поступает на ИБП, преобразуется на постоянное напряжение для зарядки АКБ. Затем это постоянное напряжение преобразуется в переменное и передается в нагрузку.

Плюсы этого типа:

1. На выходе вы получаете чистый синус, потому как напряжение на выходе инвертора, это уже не то, которое поступило на вход инвертора.
2. Нулевое время переключения при полном пропадании питания от электросети. Это достигается за счет того, что в нагрузку и в любом случае поступает преобразованное напряжение.

Минусы: дорогостоящее оборудование и дорогой монтаж.

Что влияет на время автономной работы

Много разных показателей влияет на время независимой от сети работы. Главным считаются параметры устройства и перспективы добавления емкости батарей. Благодаря этому ИБП любого типа можно поделить на подтипы как устройства:

1. С внедренными АКБ, без возможности подсоединения доп. аккумуляторов.
2. С вмонтированными внутрь АКБ и с возможностью подсоединения доп. АКБ.
3. Без встроенных АКБ, а только с подсоединением доп. батарей.
4. Без встроенных АКБ, но с перспективой добавления АКБ с подключением из вне.

Бесперебойники со встроенными аккумуляторами в основном используются для кратковременного обеспечения электроэнергией нагрузки, чтобы корректно завершить работу (например, для компьютера).

Время работы ИБП с дополнительно подключенными АКБ работают дольше и в целом их время работы полностью зависит от:

• ёмкости этих аккумуляторов и степени износа;
• мощности нагрузки;
• силы тока зарядника ИБП, что влияет на выбор ёмкости АКБ.

Как подобрать ИБП

Выбирать источник бесперебойного питания, в общем случае нужно исходя из:

• максимальной мощности общей нагрузки;
• коэффициента спроса нагрузки (реальной мощности потребления), влияющей на расчет АКБ (указывается в Вт или %);
• указаний в паспорте ИБП кВт и кВА;
• если параметр кВт по какой-либо причине не указывается, то принять кВт=кВА.

Таким образом, мощность всей нагрузки — это мощность, указанная на шильдиках блоков питания. Нагрузка в определенный момент может потребить всю эту мощность (обычно такое не происходит, но пик возможен), поэтому покрытие должно быть реализовано полностью.

Подбор батарей делается исходя из:

1. Реальной мощности потребления (обычно значительно меньше максимальной мощности блоков питания). Некоторые производители оборудования заявляют ее. Если же нет, подбирается опытным путем.
2. Ёмкости штатных батарей, но можно выбрать ИБП с дополнительными аккумуляторными батареями.

Данные по времени зарядки ИБП с дополнительным массивом батарей обычно недоступны. В худшем случае +1 дополнительный блок времени заряда  для внутренних АКБ.

Формула

Чтобы не ходить вокруг да около, существует универсальная формула, позволяющая осуществить расчет времени работы ИБП с питанием от АКБ:

T [час] = C [А×час] ×V [В] × η / P [Вт], где:

• C — суммарная емкость АКБ ИБП в Ач (есть в паспорте);
• V — напряжение одного аккумулятора в В (есть в паспорте);
• η — КПД инвертора ИБП (в расчёте примеров используется КПД = 0.92Б который указывается в ТТХ ИБП);
• P — средняя мощность подключенной к ИБП установки в Вт.

КПД инвертора и напряжение одного аккумулятора — это известные значения. Нужно определить суммарную емкость и среднюю мощность.

С=Uач×(Kin+Kout), где:

• Uач — емкость аккумуляторной батареи;
• Kin — количество встроенных АКБ в ИБП;
• Kout — количество внешних АКБ, подключенных единым блоком к ИБП, с теми же характеристиками ёмкости.

Средняя мощность рассчитывается исходя из потребленной энергии за определённый период. Обычно, она указывается производителем устройства, но если это комплекс, то лучше провести расчеты самостоятельно. Вот несколько примеров:

1. Мощность блока питания 750 Вт, а реальное потребление 250 Вт (ЦП — 80 Вт, Видеокарта — 150 Вт, HDD — 10 Вт, материнка + остальное 10 Вт).
2. Заявленная мощность компрессора 180 Вт, но он активируется каждые 8 мин с периодом работы 3 мин. В таком случае средняя мощность равна 180/8×3=67.5 Вт.
3. При заявленной годовой потребляемой мощности производителем в кВт/ч, для расчета нужно ее делить на 12. Например, указано 370 кВт×час за год. P=370×1000/365/24=42.23 Вт.

После определения всех параметров можно подставлять значения. Например, ИБП оснащен 2 батареями по 7 Ач и напряжением 12 В. К бесперебойнику подсоединен внешний блок на 8 батарей с аналогичной емкостью. С=7×(2+8)=70 Ач.

Расчет автономной работы ИБП для данного бесперебойника, который подключен к компьютеру с нагрузкой в 250 Вт:

T [час] = 70 Ач × 12 В × 0.92/ 250 [Вт] = 3.0912 = 3 часа 5 минут 28 секунд.

Получается, что расчетный ИБП с АКБ может заменить городскую сеть электропитания при реальной нагрузке компьютера 250 Вт чуть более чем на 3 часа.

В реальности, такой мощности компьютеру не нужно. Чтобы завершить все процессы и выключиться, ему максимум понадобится 5–7 минут. А вот источник бесперебойного питания для холодильника должен иметь возможность поддерживать питание прибора в течение длительного срока и в этом случае, при определении времени работы, важную роль играет размер выделяемого бюджета.

Где купить

Приобрести ИБП можно как в специализированном магазине, так и онлайн в Интернет-магазине. Во втором случае, особого внимания заслуживает бюджетный вариант приобретения изделий на сайте Алиэкспресс. Для некоторых товаров есть вариант отгрузки со склада в РФ, их можно получить максимально быстро, для этого при заказе выберите «Доставка из Российской Федерации»:

Заключение

Расчет автономной работы ИБП нужно проводить для того, чтобы «не переплатить» или не купить «маломощный» аппарат, который в критически важный момент не выполнит свою основную задачу — переключение потребителя на резервный фидер питания. Чтобы высчитать, достаточно посмотреть информацию о бесперебойнике в паспорте, узнать потребляемую мощность устройством и подставить значение в формулу.

Видео по теме



Время работы ИБП при отсутствии сетевого электроснабжения — один из основных параметров бесперебойника. Вопреки бытующему мнению, этот показатель никоим образом не зависит от мощности устройства. Основную роль играют емкость используемых АКБ, а также параметры подключаемой нагрузки.

На основании этих данных уже можно рассчитать приблизительное время автономной работы ИБП. Для автоматики газового котельного оборудования, серверного или телекоммуникационного оборудования, систем жизнеобеспечения, потребуются более точные данные. В этом случае следует учитывать ряд дополнительных факторов, влияющих на продолжительность работы.

Рассчитываем время работы ИБП от батареи для простых случаев

Такая методика вполне подойдет для определения гарантированной продолжительности работы компьютера, систем аварийного освещения. Небольшая погрешность, которая обязательно появится при подобных расчетах, не станет критической, поэтому ей вполне можно пренебречь. Чтобы вычислить время работы ИБП от аккумулятора для таких условий, понадобятся следующие данные:

• Емкость в А*ч (С) и напряжение АКБ в вольтах (V).
• Суммарное значение мощности подключаемой нагрузки в ваттах (Р).
• Коэффициент полезного действия источника бесперебойного питания (ŋ).

Этого вполне достаточно, чтобы получить ориентировочное максимальное время работы ИБП. Обращаем внимание, использовать значение КПД обязательно. Формула расчета имеет вид:

T = C x V x ŋ / P

При расчете получаем значение Т в часах.

Уточненный расчет времени работы ИБП

Более точный расчет автономной работы ИБП выполняют с введением ряда поправочных коэффициентов, учитывающих фактическое состояние (емкость) аккумуляторной батареи и условия эксплуатации.

Перед тем как рассчитать время работы ИБП при отключении центрального энергоснабжения, потребуется оценить следующие параметры:

• Какой тип АКБ используется, сколько лет (месяцев) батарея эксплуатируется. Любой аккумулятор не способен отдавать все 100% накопленной энергии. Для большинства свинцово-кислотных необслуживаемых герметизированных модификаций (VRLA, AGM) этот показатель обычно не превышает 80%. Более эффективны Gel батареи, они способны отдавать 90-95% энергии. Но режим постоянной работы с глубоким разрядом приводит к существенному снижению емкости АКБ, что должно учитываться с введением в расчет коэффициента глубины разряда К_г. Обычно при расчете принимают значение 0,8-0,9.
• Большое значение, особенно для старых батарей, имеет температура в помещении. Оптимальными считаются условия при +25⁰С. При 0⁰С принимается поправочный коэффициент К_т 0,88. Но особо негативно сказывается эксплуатация в условиях повышенных температур. При превышении оптимального температурного режима на каждые 10⁰С рекомендуется снижать расчетную емкость батарей на 20%.
• Рассчитывая время работы ИБП в зависимости от нагрузки, следует учитывать, что номинальная мощность (указанная на подключаемом приборе) отличается от фактически потребляемой. Например, компьютер оснащен блоком питания на 200 Вт. Но фактическая мощность, необходимая для работы процессора, видеокарты и других элементов, будет существенно меньшей. То же самое справедливо для циркуляционных насосов или компрессора холодильника, ведь эти устройства не работают постоянно. Учитывайте это, определяя значение суммарной подключаемой мощности.
• Играет роль и величина силы тока, при котором происходит разряд. Так, если для отдачи всей емкости аккумулятору потребуется 10 часов, то коэффициент К_вр можно принимать равным 1. Получить точные данные можно, изучив разрядную кривую определенного типа АКБ.

Исходя из этих данных, подбор ИБП по мощности и времени работы должен осуществляться на основании следующей формулы:

Т = С х V x ŋ x К_г x К_т x К_вр / P

Полученное значение будет более точным, что даст возможность выбрать оптимальный вариант устройства бесперебойного питания.

Расчет по формуле Пекерта

Выполнить расчет времени работы ИБП, можно использовать специальную формулу, зная основные параметры аккумуляторов. 

Полученные после расчетов данные показывают, как долго проработает батарея при определенной нагрузке.

Расчеты проводятся по формуле: t=Cак/In. Чтобы узнать время работы, потребуются данные:

• Cак – емкость конкретной аккумуляторной батареи в мА*ч;
• I – сила тока в конкретной электрической сети;
• n– экспонента.

Экспонента — постоянная переменная, она указана в характеристиках конкретной аккумуляторной батареи.

После проведенных расчетов устанавливается время работы в часах. Стоит учитывать, что при повышенной нагрузке скорость разряда батареи увеличивается.

Использование таблиц из спецификаций АКБ для расчета

Точный расчет ИБП можно получить с помощью таблиц спецификаций АКБ. Работа с таблицами осуществляется в несколько шагов:

1. Расчет формулы полной мощности аккумулятора по формуле;
2. Расчет нагрузки на один конкретный аккумулятор в ИБП.
3. Изучение разрядных таблиц и подбор оборудования с подходящими параметрами в зависимости от полученных данных.

Как повысить автономность, используя различные режимы работы ИБП

Автономная схема работы ИБП — один из основных режимов эксплуатации при отключении центрального электроснабжения. Но при определенных условиях емкости батарей недостаточно для обеспечения всех потребителей, а возможность подключения дополнительных АКБ отсутствует. Тогда приходится прибегать к следующим способам:

• Работа ИБП от генераторов. Учитывайте то, что большинство бесперебойников чувствительны к скачкам напряжения, погрешности по частоте. А такие проблемы характерны для многих генераторов. Поэтому необходимо тщательно подходить к совместимости определенных марок оборудования.
• Параллельная работа ИБП так же допускается только при синхронизации параметров выходного напряжения. Достичь этого очень сложно. Поэтому рекомендуется не включать несколько устройств в параллельную работу, а распределить нагрузку и использовать для каждой группы отдельный ИБП.

Рассчитать ориентировочный период работоспособности устройства поможет онлайн калькулятор времени работы ИБП. Но более правильным будет воспользоваться помощью специалиста. Звоните или закажите обратный звонок прямо сейчас. Поможем бесплатно.