Расчет времени работы инвертора от аккумулятора

Расчет времени работы инвертора от аккумулятора без запуска двигателя и при заведенном двигателе автомобиля

Расчет времени работы инвертора от аккумулятора

Наличие в машине автомобильного инвертора преобразующего постоянное напряжение 12 Вольт бортовой сети в переменное 220 Вольт позволяет использовать в дальней дороге привычные бытовые приборы и делает жизнь в походно-полевых условиях более комфортной. Однако тут все зависит от времени работы инвертора. 

В тоже время, если есть такая возможность, то в автомобиль лучше приобрести и использовать электроприборы, способные нормально заряжаться или работать непосредственно от розетки прикуривателя или специальной встроенной розетки 12V. Это не только более удобно, но и позволит сберечь автомобильный аккумулятор и продлить срок его службы.

Или другой случай. Например если есть необходимость в питании для ноутбука, то нет никакого смысла подключать его к бортовой сети автомобиля через инвертор.

Зачем сначала преобразовывать постоянное напряжение 12 Вольт в переменное 220 Вольт, а затем с помощью блока питания ноутбука обратно в нужное для его работы постоянное? Более практично будет подключить ноутбук напрямую в розетку прикуривателя через какой то универсальный блок питания-автоадаптер.

Расчет времени работы устройств через инвертор от аккумулятора автомобиля без запуска двигателя

Теоретически, в каждом конкретном случае это время работы инвертора следует рассчитывать отдельно, исходя из множества величин и условий :

— Емкости автомобильного аккумулятора. — Его состояния, степень заряда и износа. — Условий использования, в том числе и погодных. — Мощности подключаемых устройств и потребляемой ими силы тока. — Типа нагрузки

— И так далее.

Но даже в этом случае, совершенно точный расчет времени работы инвертора будет невозможен, так как он зависит еще и от множества других объективных и субъективных факторов.

Да он и не нужен особо, зачем вообще забивать себе голову такими сложностями? В нашем случае нужны простейшие, пусть даже они и будут очень приблизительными, расчеты.

Ведь самое главное, это не разрядить до конца аккумулятор автомобиля..

В дальнейших расчетах времени работы инвертора будем отталкиваться, прежде всего, от емкости аккумулятора. Номинальная емкость аккумуляторной батареи измеряется в ампер-часах и обозначена на ее корпусе. Реальная же емкость аккумулятора зависит от того, насколько он разряжен и, в немалой степени, от температуры окружающей среды.

Расчет времени работы инвертора от аккумулятора без запуска двигателя автомобиля по значениям напряжения

При использовании автомобильного инвертора для питания устройств непосредственно от аккумулятора автомобиля без запуска его двигателя, надо четко представлять себе время, которое он может проработать без ущерба для аккумуляторной батареи. И не разрядить ее до такого состояния, когда запуск двигателя стартером будет затруднителен или вообще невозможен.

Аккумулятор автомобиля не рекомендуется разряжать более чем на 50% в теплое и более чем на 25% в холодное время года. Иначе могут возникнуть сложности с запуском двигателя. Для определения степени разряженности можно использовать сильно упрощенный метод на основе значений напряжения аккумулятора.

Хотя этот способ и не точный, но зато требует только наличия цифрового вольтметра, способного измерять десятые доли вольта. А такой наверняка будет в любом бортовом компьютере автомобиля. В вольтах, эти значения можно обозначить весьма-весьма приближенно и неточно — для 50% разряженности это будет составлять около 11.6 Вольта, а для 25% — около 12.0 Вольт.

В идеале, автомобильный инвертор должен иметь встроенную функцию информирования о снижении напряжения аккумулятора до критического предела. Если такая функция есть, то следует посмотреть, какие значения напряжения производитель считает предельно низкими.

Дело в том, что на некоторых моделях инверторов эти значения составляют 9,7-10,3 Вольта, а это практически 100 % разряд аккумулятора. Поэтому желательно почаще смотреть на вольтметр или показания бортового компьютера и не давать упасть напряжению ниже 11.6 Вольт в теплое время года, и 12.0 Вольт — в холодное.

Расчет времени работы инвертора от аккумулятора без запуска двигателя автомобиля по формулам

Расчет времени работы инвертора от аккумулятора без запуска двигателя по каким то формулам обычно бывает очень и очень не точен. Прежде всего по той причине, что какая то линейная зависимость в падении напряжения АКБ до минимально допустимых значений отсутствует.

По той причине, что в процессе работы инвертора на аккумулятор влияют очень много неизвестных и заранее не прогнозируемых факторов, которые описаны выше. Однако, как бы там не было, расчет времени работы инвертора по формуле вполне возможен.

Для примера и наглядности расчетов времени работы инвертора возьмем следующие данные :

— Емкость аккумулятора 60 ампер-часов. — Питаемое устройство — ноутбук Lenovo G550. Входное напряжение у которого 19 В, потребляемая сила тока — 3.42 А, и соответственно мощность — 19х3.42 = 64.98 ватт (округлим до 65).

— Автомобильный инвертор обычно имеет КПД около 85% (точнее указано в инструкции), то есть если к нему подключена нагрузка 100 Ватт, то от аккумулятора он будет потреблять 115 Ватт.

Вычисление времени работы производим по формуле T (час) = Ah (ампер-час) х V (вольт) х N (0.85) х K (коэффициент 0.5 или 0.25) / P (ватт), в которой :

T — время работы подключенного устройства в часах.
Ah — емкость аккумулятора автомобиля в ампер-час.
V — минимально допустимое напряжение аккумулятора автомобиля в вольтах.

N — КПД инвертора, берем значение в 85%, в формуле — 0.85.
K — максимальный процент допустимой степени разряженности аккумулятора автомобиля в зависимости от температуры воздуха : 0.5 или 0.25.

P — мощность подключенного к инвертору устройства в ваттах.

В итоге получаем :

— для теплой погоды : Т = 60х11.6х0.85х0.5/65 = 4.5 или 4 часа 30 минут.
— для холодного времени года : Т = 60х12х0.85х0.25/65 = 2.3 или 2 часа 18 минут.

Все написанное выше, будет верно для устройств, потребляющих постоянную мощность равную номинальной и обозначенной на них.

А вот для приборов, потребляющих номинальную мощность, только в момент включения или прикладывания нагрузки, рассчитать время работы от аккумулятора намного сложнее. Потому что процессы сверления, распиливания и т.д.

обычно кратковременны, но в любом случае, аккумулятора для них хватит на более продолжительное время работы.

Расчет времени работы инвертора от аккумулятора автомобиля при заведенном двигателе

Если аккумулятор при работе инвертора разрядился до «нижнего предела», то казалось бы чего проще — завел двигатель и пользуйся инвертором дальше.

Теоретически это так, при запущенном двигателе и работающем генераторе, в том случае, если мощность генератора больше или равна мощности подключенной нагрузки — время работы устройств через инвертор практически не ограничена.

И зависит лишь от вашего желания или наличия топлива в баке автомобиля.

В принципе, выдаваемую генератором мощность при заведенном двигателе посчитать не проблема. Берем среднее напряжение в 13.6 Вольт и умножаем на ампераж генератора, например 80 А. Получаем 13.6х80 = 1088 Ватт. То есть, теоретически получается, подключай нагрузку к инвертору в 800-1000 Ватт и ни о чем не беспокойся, пока бензин не закончится. Практически же, все немного сложнее.

Дело в том, что автомобильный генератор развивает свою номинальную мощность только при соответствующих оборотах. А достаточное для зарядки аккумулятора напряжение будет выдавать только от 2000 об/мин и выше. Обороты же холостого хода, как правило, 800-900 об/мин.

 Поэтому рассчитывать на теоретически посчитанные 1088 Ватт не стоит. Кроме того, у генератора будут еще и свои потребители, которым он отдаст часть своей мощности.

Да и уже разряженный аккумулятор, если не отключить инвертор с подключенной нагрузкой, скорее будет медленно, но разряжаться, чем полноценно заряжаться.

А постоянно гонять двигатель на оборотах больше 2000 разве оно того стоит? Если же присутствует очень сильная необходимость в длительной работе приборов и устройств через инвертор в автономных условиях, то тогда не лучше ли посмотреть в сторону небольшого бензинового или дизельного генератора на 220 Вольт и необходимой мощности?

Расчет времени автономной работы ИБП от аккумуляторов

Расчет времени работы инвертора от аккумулятора

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:

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/In

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.

Расчёт времени резерва питания нагрузки от ИБП

Расчет времени работы инвертора от аккумулятора

Ответить на вопрос о выборе конфигурации источника бесперебойного питания для обеспечения надёжного электропитания отопительных и инженерных систем, бытовых электроприборов достаточно сложно. По сути, это уравнение с многими неизвестными. Ведь, заранее неизвестно на сколько плохим будет сетевое электропитание, и какова будет продолжительность отключений электроэнергии.

На первом этапе необходимо определить общую мощность всех потребителей энергии, работу которых необходимо обеспечивать в случае отсутствия сетевого электропитания. Исходя из этого значения необходимо выбрать ИБП мощностью на 20% превышающей максимальное значение нагрузки. После этого нужно определится с ёмкостью внешних аккумуляторных батарей, исходя из необходимого времени резервирования.

Наиболее оптимальным решением бесперебойного питания будет разбить нагрузку на несколько более маленьких групп потребителей. И решать задачи обеспечения резерва раздельно для различных групп потребителей в зависимости от их важности.

При выборе конфигурации источника бесперебойного питания и аккумуляторных батарей следует учитывать, что увеличение запаса мощности ИБП не приводит к линейному увеличению длительности резерва.

Для обеспечения большой мощности нагрузки необходим более мощный ИБП, а для обеспечения большого времени резерва необходимо увеличивать ёмкость внешних аккумуляторных батарей.

Простой способ расчета времени резерва бесперебойника

Время резерва питания определяется прежде всего двумя параметрами: мощностью полезной нагрузки и общей ёмкостью всех аккумуляторных батарей.

Однако следует отметить, что зависимость времени резерва от этих параметров не линейная. Но для быстрой примерной оценки времени резерва можно использовать простую формулу.

T = E * U / P(часов),

где Е  — ёмкостьаккумуляторов,U  — напряжениеаккумуляторов,Р  — мощность нагрузкивсех подключаемых приборов.

Уточненный способ расчёта времени резерва бесперебойника

Для уточнения расчёта времени резерва дополнительно вводятся специальные коэффициенты: КПД инвертора, коэффициент разряда аккумулятора, коэффициент доступной ёмкости в зависимости от температуры окружающей среды.

С учётом этих коэффициентов формула расчета принимает следующий вид.

T= E * U / P *KPD*KRA*KDE(часов),

где KPD (коэффициент полезного действия инвертора) находится в диапазоне 0,7—0,8,

KRA  (коэффициент разряда аккумуляторов) находится в диапазоне 0,7—0,9,

KDE (коэффициент доступной ёмкости) находится в диапазоне 0,7—1,0.

Коэффициент доступной ёмкости имеет сложную зависимость от значения температуры и скорости прикладывания нагрузки. Чем холоднее температура воздуха, тем ниже коэффициент доступной ёмкости. Чем медленнее расходуется энергия батарей, тем больше значения коэффициента доступной ёмкости.

Готовые таблицы значения времени резерва бесперебойников серии SKAT и TEPLOCOM

Таблица примерного времени резерваTEPLOCOM-300

Необходим один внешний аккумулятор напряжением 12 Вольт

Таблица примерного времени резерва TEPLOCOM-1000

Необходимо два внешних аккумулятора напряжением 12 Вольт

Таблица примерного времени резерва SKAT-UPS 3000 RACK

Необходимо 8 внешних аккумуляторов напряжением 12 Вольт

Линейка ИБП марок SKAT и TEPLOCOM обеспечивает возможность организации надёжного бесперебойного питания потребителей различной ёмкости и назначения.

  Бесперебойники дают возможность организовать бесперебойное питание от маленького котла отопления или циркуляционного насоса до питания всего дома или офиса.

Специализированные ИБП дают возможность организации бесперебойного питания особо важных объектов, таких как системы связи, коммуникационное оборудование, системы безопасности и контроля.

Как увеличить время резервного питания нагрузки?

Для увеличения времени резерва питания полезной нагрузки есть несколько путей. Все эти способы вытекают из формулы расчета времени резерва.

Для увеличения времени резерва можно увеличить ёмкость внешних АКБ, уменьшить полезную нагрузку, создать оптимальные условия эксплуатации ИБП и аккумуляторных батарей.

Первый вариант — самый простой, но затратный. Для увеличения ёмкости батарей придется покупать более дорогие аккумуляторы и ИБП, позволяющие производить их эффективный заряд. Кроме затрат на оборудование потребуется и выделение специального помещения, предназначенного для хранения и работы аккумуляторных батарей, снабженного хорошей системой вентиляции.

Второй метод — уменьшить нагрузку. Прежде всего нужно разбить нагрузку на группы в зависимости от необходимости обеспечения бесперебойного питания.

Если электроэнергии не будет длительное время, то нужно будет выбирать между важностью обеспечения работы инженерных систем отопления, водоснабжения и необходимостью пользоваться холодильником или кондиционером.

Так современный холодильник позволяет обеспечить приемлемую температуру около 20 часов, если его лишний раз не открывать.

Еще одной группой потребителей является система освещения, для освещения можно использовать автономные источники бесперебойного питания или аварийные светильники со встроенной аккумуляторной батареей. В конечном счёте можно посидеть и при свете фонарика или старой доброй свечи, всё лучше, чем разморозить систему отопления.

Третий метод заключается в повышении качества обслуживания ИБП и батарей. Здесь наиболее важными моментами являются содержание оборудования в чистоте, обеспечение хорошего температурного режима. Отдельно стоит отметить необходимость проведения правильного заряда АКБ и проведения тренировок аккумуляторов.

Часто бывает так, что проблем с электричеством нет, и аккумуляторы не подвергаются циклам разряда и заряда. В результате через несколько месяцев резко падает реальная ёмкость АКБ.

Для тренировки АКБ необходимо использовать специальное оборудование или имитировать периодически отключение электроэнергии, давая возможность батареям работать.

Расчёт ИБП по мощности и времени работы. Расчёт аккумуляторных батарей для ИБП

Расчет времени работы инвертора от аккумулятора

23.12.2019

ИБП считается неотъемлемым элементом системы электропитания особо ответственных потребителей, например, отопительного оборудования, охранных и противопожарных систем, электронных компонентов «умного дома». Именно это устройство надежно и комплексно защищает нагрузку от перебоев в электроснабжении и некачественного сетевого напряжения.

Каждый владелец частного дома, офиса, предприятия или торгового комплекса, где используется оборудование со строгими требованиями к электроснабжению, рано или поздно осознает, что без ИБП ему просто не обойтись.

Подбор ИБП всегда индивидуальный процесс, так как у каждого пользователя будут свои конкретные требования. В нашей статье мы постарались сделать простое и понятное руководство для всех, кто самостоятельно подбирает ИБП для решения своих задач – расчет ИБП по мощности и времени.

Отметим, что если вы не имеете специального технического образования, то по некоторым вопросам все же лучше дополнительно проконсультироваться со специалистами.

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 подходящей модели ИБП состоит из описанных ниже этапов.

Алгоритм подбора ИБП

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.

Например, у компрессора холодильника мощностью 180-200 Вт пусковые токи доходят до 1 кВт. Циркуляционные насосы для подачи воды при своем запуске кратковременно потребляют в 3-8 раз больше номинальной мощности.

Информацию о величине потребляемой мощности и пусковых токах можно узнать в техпаспорте изделия или у производителя электроприбора. От суммарной мощности потребителей будет зависеть расчет мощности ИБП.

2. Выбор типа конструктива ИБП

Как правило, модели ИБП могут иметь следующие исполнения:

  • для настенного размещения;
  • для напольной установки;
  • для размещения в 19-дюймовые стойки (рэковые);
  • для универсального применения (могут устанавливаться напольно или в стойку).

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

Способы размещения ИБП

3. Определение требуемого времени автономной работы ИБП

Чтобы определить необходимое время автономного питания нагрузки от ИБП, необходимо учесть длительность и периодичность отключений электроэнергии в сети и наличие устройств резервного питания. Существует два варианта ситуаций:

  • в вашей электросети случаются незначительные по времени отключения электроэнергии или для питания нагрузки в период отсутствия электричества вы используете генератор. В этом случае вам стоит искать решение с небольшим временем автотомии – не более 5-10 минут.
  • в вашей электросети случаются отключения электричества на более длительное время и при этом в качестве источника резервного питания вы не используете генератор. В этом случае вам потребуется решение с большим временем автотомии (точное значение зависит от максимального периода пропадания электричества). При этом важно учитывать, что из-за достаточно высокой цены и сложных электрохимических процессов, происходящих в процессе разряда и заряда АБ, длительное время автономии (более 12 часов) не всегда обосновано как с экономической точки зрения, так и в плане ресурса АБ.

4. Выбор конкретной модели ИБП

Зная мощность нагрузки в Вт, необходимо подобрать ИБП по активной выходной мощности, которая должна быть больше примерно на 20%, чем сумма максимальной потребляемой мощности подключаемых электроприборов.

После определения мощности ИБП, необходимо выбрать один их двух вариантов устройств: со встроенными батареями или без встроенных батарей, но с возможностью подключения внешних аккумуляторов. Выбор будет зависеть от определенного ранее значения времени автономной работы:

  • если время автономной работы ИБП не более 5-10 минут, то вам подойдут модели ИБП со встроенными АБ, которые обеспечат бесперебойный переход на работу от генератора или будут надежно защищать от коротких пропаданий сетевого напряжения. Такие устройства в желаемом типе конструктива легко самостоятельно подобрать на сайте продавца или производителя, зная максимальную потребляемую мощность нагрузки.
  • если требуемое время автономной работы более 10 минут, то стоит рассмотреть модели ИБП без встроенных АБ, но с возможностью подключения внешних батарей. Такие устройства более сложны в подборе, поэтому для решения этой задачи вы можете обратиться к консультантам производителя или продавца. Если же вы хотите самостоятельно подобрать внешние батареи, то ниже мы приводим простой алгоритм подбора.
  • Речь пойдет об алгоритме 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· 12 Вольт – это номинальное напряжение одной батареи. · Номинальное напряжение АБ указывается в Вольтах, это значение можно найти в технических характеристиках модели ИБП.

    Номинальное напряжение внешних батарей

    2. Выясните отдаваемую мощность каждой ячейки батареи

    Далее необходимо выяснить мощность, которую должна отдать батарея при пропадании сетевого напряжения. Как правило, большинство производителей аккумуляторных батарей в разрядных таблицах указывают мощность, которую способна отдать батарея при пересчете на 2-вольтовую ячейку батареи.Стандартная 12-вольтовая батарея типа AGMПоясним, 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.Чтобы правильно рассчитать это значение, нам поможет следующая формула:

    P ячейки = P нагрузки / N ячеек * КПД инвертора· P ячейки – мощность, которую должна отдать одна 2-вольтовая ячейка батареи.· P нагрузки – потребляемая мощность нагрузки в Вт.· N ячеек – общее количество ячеек в батареях выбранной модели ИБП. Чтобы получить это значение, необходимо Номинальное напряжение АБ разделить на 2 В или количество АБ умножить на 6 ячеек.· КПД инвертора при работе от батарей необходимо узнать у производителя ИБП. Например, в моделях однофазных источников питания ГК «Штиль» это значение имеет 0,86.

    3. Подберите подходящую модель аккумуляторной батареи

    Когда необходимая мощность ячейки батареи выяснена, можно переходить на сайт производителя АБ и подбирать подходящую модель внешней батареи.Правда, для этого нам понадобиться еще одно значение – конечная точка 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.Например, на ИБП от ГК «Штиль» данное значение по умолчанию предустанавливается на заводе и равно 1,75 В/эл-т.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 странице модели самой батареи на сайте производителя.Важно отметить, что подбирать батареи всегда необходимо с большей мощностью, чем это требуется.Таблица разряда

    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 (напольное, настенное или стоечное).Как правило, батареи размещаются в специальных устройствах, которые обладают необходимой системой защиты. Например, бывают:

    • батарейные модули настенного, напольного или стоечного исполнения (размещенные в таких модулях батареи, как правило, обеспечивают от 10 мин до 3 ч автономной работы ИБП);
    • сборно-разборные батарейные стеллажи (предназначены для размещения батарей, обеспечивающих длительное время автономии – до 20 ч и более);
    • телекоммуникационные шкафы, куда обычно устанавливают фронт-терминальные батареи.

    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 ИБП и аккумуляторных батарей для питания газового котла

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

    У нас имеются следующие исходные данные:

    • максимальная потребляемая мощность нагрузки составляет 600 Вт (P нагрузки = 600 Вт).
    • требуется 3 часа для автономной работы электроприборов (Т автономии = 3 часа).
    • предполагается разместить ИБП на стене рядом с газовым котлом.

    Для решения нашей задачи рассмотрим, к примеру, настенную модель ИБП SW1000L с выходной мощностью 900 Вт.

    Выбор ИБП по мощности

    Расчет аккумуляторных батарей для ИБП будет происходить в описанной ниже последовательности.

    Рассчитаем необходимое количество внешних АБ (у данной модели номинальное напряжение внешних АБ составляет 36 В):

    Номинальное напряжение внешних батарей выбранного ИБП

    N батарей = 36 В / 12 В. Таким образом, расчет АКБ для ИБП модели SW1000L показал, что потребуется 3 аккумуляторные батареи.

    Выясним отдаваемую мощность каждой ячейки батареи (у данной модели КПД инвертора при работе от батарей составляет 86%):

    P ячейки = 600 / 18 * 0,86. Необходимая мощность ячейки аккумуляторной батареи составляет 38,7 Вт.

    Подбирем необходимую модель АБ, зная необходимые параметры:

    • время автономной работы – 3 часа;
    • конечную точку разряда ячейки батареи – 1,75 В/эл-т;
    • необходимую мощность каждой ячейки батареи – 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 являются оптимальным вариантом.

    Таблица разряда выбранной 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.

    В итоге для обеспечения бесперебойного питания газового котла и циркуляционного насоса с суммарной потребляемой мощностью 600 Вт нам потребуется:

Расчет времени работы нагрузки от источника бесперебойного питания

Расчет времени работы инвертора от аккумулятора
25.04.2016

В предыдущей статье мы разобрались с типами источников бесперебойного питания (ИБП) по классу защиты, в этой статье мы разберем методологию расчета времени работы нагрузки от ИБП.

Шаг 1. Находим реальную мощность защищаемой нагрузки

Вначале определим реальную мощность подключенного к источнику бесперебойного питания (ИБП) оборудования в ваттах. Для этого необходимо рассчитать среднее потребление полезной нагрузки. Оно будет отличаться от максимальной и номинальной мощности, указанной в описаниях оборудования.

Пример: номинальная мощность блока питания компьютера 500 Вт, а реальное потребление 140 Вт (бюджетный процессор – 50 Вт, материнская плата с интегрированным GPU – 80 Вт и SSD винчестер – 10 Вт).

Другой пример: подключенный к ИБП холодильник имеет компрессор с электрической мощностью 150 Вт, но включается этот компрессор один раз в 10 минут и работает 3 минуты. В этом случае, среднее потребление будет равно:

150 Вт / 10 мин. * 3 мин. = 45 Вт

Если для холодильника указано годовое потребление энергии в киловатт-часах, (например, 360 кВт*час в год), то для расчета средней мощности эту величину нужно разделить на 12:

P = 360 *1000/ 365/24 = 49.31 Вт

Нас интересует средняя активная мощность оборудования, питающегося от ИБП, т.е. мощность, выраженная в ваттах (Вт), а не в вольт-амперах (ВА).

Если известна только полная мощность (в ВА), то ее нужно умножить на коэффициент от 0.6 до 1.0 в зависимости от характеристик оборудования.

Этот коэффициент указывается в каталоге продукции производителя оборудования, либо в документации к конкретному оборудованию.

Шаг 2. Рассчитываем суммарную емкость ИБП

Аккумуляторная батарея состоит из нескольких одинаковых электрохимических компонентов. В случае небольшой мощности ИБП, такая аккумуляторная батарея может состоять из одного аккумулятора.

Необходимо найти суммарную емкость аккумуляторной батареи ИБП. Для этого общее количество аккумуляторов умножим на емкость одного аккумулятора.

Приведем пример: ИБП имеет встроенную аккумуляторную батарею, состоящую из двух герметичных свинцовых кислотных аккумуляторов емкостью 7 А*часов и напряжением 12 вольт. В дополнении к этому, к ИБП подключен один внешний батарейный блок с четырьмя такими же аккумуляторами. Тогда суммарная емкость аккумуляторной батареи ИБП будет равна:

C = 7 А*час * (2 + 4) = 42 А*час

Шаг 3. Расчет времени работы нагрузки от ИБП при идеальных условиях

Рассчитаем время работы полезной нагрузки от аккумуляторной батареи:

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

C – рассчитанная ранее суммарная емкость аккумуляторной батареи ИБП в ампер-часах;

V – напряжение одного аккумулятора в вольтах;

η – КПД инвертора ИБП (в расчёте примеров используем КПД = 0,92, более подробная информация в замечаниях);

P – рассчитанная ранее средняя мощность подключенного к ИБП оборудования в ваттах.

Для рассмотренного выше примера (компьютер средней мощностью 140 Вт и ИБП с двумя встроенными 12-вольтовыми аккумуляторами на 7 А*часов и внешней аккумуляторной батареей из четырех таких же аккумуляторов) имеем:

T = 42 А*час * 12 В * 0.92 / 140 Вт = 3,312 час = 3 часа 18 мин

Важные поправки и замечания:

1. Рассмотренная нами методика расчета не учитывает ряд зависимостей работы аккумулятора от внешних факторов и наиболее точна только при больших временах (более 10 часов времени разряда) и незначительных отклонениях от нормальных условий.

В случае с большой мощностью нагрузки, по отношению к максимально допустимой для работы от ИБП следует рассчитать понижающие коэффициенты из приведенных ниже графиков.

 Также в каталоге продукции Eaton приведена таблица времени резервирования батарей с полезной нагрузкой 70% и 50% от максимально допустимой.

2. В рамках концепции энергоэффективной архитектуры (EAA) компания Eaton разработала ряд инновационных решений, повышающих эффективность систем резервирования оборудования: Система сохранения энергии (ESS) – предназначена для достижения максимального показателя КПД (на теперешний момент КПД ИБП с технологией ESS = 99%). Приведем график КПД в зависимости от нагрузки.

Коммерческое предложение действительно на 25.01.2020 г.

Время работы инвертора от аккумулятора

Расчет времени работы инвертора от аккумулятора

Изучив эту статью, вы узнаете, какие батареи лучше всего подходят для организации бесперебойного питания загородного дома, и при необходимости сможете рассчитать, сколько проработает инвертор от аккумулятора при отключении централизованной подачи, топливного генератора или других источников энергии.

Кроме этого, мы дадим советы по продлению срока автономной работы системы электроснабжения на базе преобразователей.

Тип АКБ

Для систем бесперебойного или резервного электроснабжения подойдут только батареи глубокого цикла. В отличие от стартерных (автомобильных) аналогов они способны переносить длительные зарядку и разрядку.

Изделия долговечны. Ресурса современных моделей хватает на 12 и более лет эксплуатации. Автомобильный аналог выйдет из строя после 10 разрядок.

Аккумуляторные батареи глубокого цикла бывают:

  • гелевыми (GEL), электролит представляет собой гелеобразную массу;
  • свинцово кислотными (AGM), электролит находится в порах пластин, изготовленных из тонких стеклянных волокон.

Оба вида батарей имеют свои достоинства и недостатки.

Гелевые модели отличаются более высоким КПД. Устройства можно размещать в любом положении, т. к. жидкий электролит отсутствует. Возможна даже работа инвертора от аккумулятора с поврежденным корпусом. GEL-технология была разработана для авиационной и военной промышленностей. По статистике гелевые батареи работают чуть дольше AGM-аналогов в циклическом режиме эксплуатации.

К недостаткам оборудования относят: необходимость поддержки точного тока подзарядки (гелевые батареи применяют с микропроцессорными контроллерами) и возможность разбухания и взрыва АКБ при закипании электролита.

В AGM-аккумуляторах вышеперечисленные недостатки отсутствуют. К достоинствам батарей этого типа также относят высокую стойкость к глубоким разрядам (устройства выдерживают более 600 таких циклов).

AGM-технология обеспечивает поддержание стабильно высокой силы тока при любой степени заряда батареи. Еще одно достоинство таких АКБ — низкий саморазряд. За год простоя емкость уменьшится всего лишь на 20 %.

Расчет времени автономной работы системы резервного электроснабжения

Расчет мощности инвертора потребует построения специальной таблицы. В два столбца внесите список электроприборов и потребляемую ими мощность. Получится примерно так.

Чем выше емкость АКБ или системы батарей, тем дольше проработает подключенное оборудование при отсутствии централизованного электроснабжения или доступа к другим источникам энергии.

Для расчета времени автономной работы инвертора напряжения от аккумуляторов нужно знать:

  • емкость и количество батарей;
  • мощность, потребляемую нагрузкой в течение часа.

В процессе расчетов следует учитывать тот факт, что максимальная мощность электроприборов не отражает реальную нагрузку на АКБ. Устройства включаются и выключаются. Во многих случаях потребляемая оборудованием мощность находится гораздо ниже максимального значения.

Рассмотрим пример. В данном случае к инвертору подключены:

  • электрический чайник;
  • холодильник класса А;
  • 15 энергосберегающих ламп;
  • двигатель и система управления откатных ворот;
  • котел с принудительной горелкой;
  • 4 циркуляционных насоса системы отопления;
  • скважинный насос.

Вычисляем среднечасовую норму энергопотребления приборов. Получаем следующее. 

Электрический чайник 2кВт, кипятящий воду в течении 6 мин, т.е. 1/10 часа (при условии, что он включался только оди раз за этот час)200 Вт/ч
Холодильник А-класса70 Вт/ч
Энергосберегающие лампы освещения (каждая по 20 Вт/ч), допустим, всего горит 15 ламп300 Вт/ч
Ворота 1,5 кВт, время открытия и закрытия – 1 минута (2часа = 1/30 часа)50 Вт/ч
Котел с принудительной горелкой 100 Вт/ч и 4 циркуляционных насоса отопления по 75 Вт/ч каждый400 Вт/ч
Насос скважины 3 кВт, включается 3 раза на 2 мин в течение часа (6 мин = 1/10 часа)300 Вт/ч
Итого в сумме:1320 Вт/ч

Теперь рассчитаем общую емкость имеющихся аккумуляторов. Допустим, в системе 12 12-вольтовых АКБ (емкость каждой — 200 апмер-час). Получаем 12*12*200 = 28800 Ватт/ч.

Учитываем коэффициент потерь. В примере рассмотрены новые аккумуляторы. КПД максимальный – 95 %. Получаем 2800*0,95=27360 Вт/ч.

Теперь разделим это значение на среднечасовую нагрузку и в итоге получим время работы инвертора от аккумулятора. 27360/1320 = 20,7 ч. Округлим результат в меньшую сторону. Получилось, что ресурса системы батарей хватит на 20 часов автономной работы подключенного оборудования.

В данном примере мы рассмотрели типовой (теоретический) расчет. На время автономной работы устройств влияет множество разных факторов. Среди них:

  • возраст и степень заряда аккумуляторных батарей;
  • температура окружающей среды;
  • реальный режим эксплуатации подключенной техники;
  • и др.

Как продлить время автономной работы нагрузки

  • Устанавливайте не лампы накаливания, а энергосберегающие аналоги.
  • Вместо верхнего освещения подключите к инвертору розетки торшеров и пользуйтесь ими исключительно при необходимости.

  • Не добавляйте в систему «лишнее» постоянно работающее оборудование. Пример — циркуляционные насосы теплых полов.
  • Используйте альтернативные источники энергии.

    Солнечные панели и ветрогенераторы значительно продлевают время автономного электроснабжения.

23 января 2017

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.