Selectarea automată a modelului de alimentare neîntreruptibilă. Cum se calculează durata de viață a bateriei UPS

Publicat de autor - , - 29 ianuarie 2014

Pentru simplitate, am realizat calculatoare de calcul:

Acum să prezentăm algoritmul de calcul:

1) Determinați puterea totală a sarcinii și curentul de descărcare constant.

2) Calculăm capacitatea bateriei necesară pentru o anumită autonomie.

3) Determinați tipul bateriei

Exemplu

Dat: doua benzi LED cu o putere de 10W fiecare si functionand la 12V. Autonomia necesara: 10h. Durată de viață: un an cu utilizare zilnică. Conditii de functionare: temperatura camerei constanta 20 de grade.

Găsi: baterii minime acceptabile și optime pentru rezolvarea problemei.

Soluţie

1) Putere totală W=10W*2=20W. Curent de descărcare constant: I=20/12=1,67A. Pentru calcule precise, este recomandabil să măsurați consumul de curent cu ajutorul unui multimetru.

2) Pentru a determina capacitatea necesară, trebuie să treceți prin următoarele puncte:

A) Pentru a suporta sarcina la un astfel de curent de descărcare, este necesar să se determine capacitatea minimă calculată a bateriei: 1,67 * 10 = 16,7 Ah.

b) Trebuie avut în vedere faptul că capacitatea bateriilor reîncărcabile este indicată de producători pe baza unui anumit timp de descărcare. De obicei este de 10 ore. Dar unii producători indică 20 de ore. Aici putem obține ajutor cu bateria, pe care îl puteți obține pe site-ul nostru. Să ne uităm la specificație:

În cazul nostru, timpul de funcționare de la baterie este de 10 ore, ceea ce înseamnă că putem considera capacitatea egală cu cea nominală. Cu toate acestea, dacă sarcina necesită 5 ore, atunci trebuie să țineți cont de faptul că, cu un astfel de timp de descărcare, capacitatea bateriei va fi mai mică (înmulțim curentul de descărcare cu ore - 4,8A * 5h = 24Ah în loc de 28). ).

În problemă putem observa că numărul planificat de cicluri este de 365. Adâncimea maximă aproximativă de descărcare în cazul nostru este de aproximativ 57%. Este indicat să-l luăm cu rezervă; vom conta pe o descărcare de 50% (condițiile reale de funcționare diferă de condițiile ideale de laborator).

Astfel, introducem o corecție de 0,5: 16,7/0,8 = 33,4 Ah.

G) Dacă avem de-a face cu o altă temperatură de funcționare decât cea optimă (25 de grade), este necesar să introducem un factor de corecție, pe care îl putem lua și din specificație:

Deci la o temperatură de 10 grade ar trebui să introduceți un coeficient de 0,9, adică. încă +10% la capacitatea calculată.

3) Dacă avem nevoie de moduri de descărcare lungă, ar trebui să acordăm atenție seriei de baterii AGM de la producători populari de pe piața rusă:

Bateria are o serie Delta
La CSB -

Determinați scopul utilizării UPS-ului și scopul său principal. Un indicator important este frecvența de utilizare și tipul de sarcină conectată. În cazul în care se selectează un UPS pentru casă, se poate lua în considerare uz casnic cu întreruperi rare de curent, un tip de linie interactiv sau de rezervă. În cazul aplicațiilor comerciale sau industriale, va fi necesar un dispozitiv de tip on-line. Vă rugăm să rețineți că acestea sunt recomandări generale; pentru a determina alegerea corectă a clasei UPS, sunați la departamentul de vânzări al sistemelor de alimentare cu energie garantată (+380 44 383 3663).

3. Selectarea UPS-ului după caracteristici

Folosind un calculator, selectați un UPS pe baza parametrilor specificați. Baza de date a calculatorului conține peste 16.000 de modele de surse de alimentare neîntreruptibile și invertoare de tensiune.Alegerea UPS-ului se bazează pe o bază de date actualizată, unde sunt prezente majoritatea mărcilor străine: General Electric, INVT, Riello UPS, Socomec, Borri, Emerson, Eaton, APC, Legrand, Voltitronic, Ippon, precum și producători ucraineni: Reserve, Volter, SinPro, Integral, Phantom etc. Baza de date conține și invertoare de tensiune autonome și hibride de tip line-interactive și de rezervă Victron Energy, Power Star, Stark Country , MeanWell, TBS Electronics și altele.

Atenţie! Baza de date nu conține modele bugetare ale producției ucrainene și chineze, care nu îndeplinesc caracteristicile tehnice menționate, nu oferă încărcare adecvată a bateriei și aparțin unei clase de dispozitive nesigure.

Din 2017, putem evidenția câteva mărci dovedite care au câștigat o cotă semnificativă pe piața ucraineană. În mod convențional, UPS-urile și invertoarele pot fi împărțite în mai multe segmente în funcție de cost, dar nu trebuie să presupuneți că, cu cât produsul este mai ieftin, cu atât va eșua mai des. După cum arată experiența de utilizare a clienților noștri, chiar și UPS-urile ieftine pot funcționa nu mai puțin eficient, deoarece principalul lucru este să faceți specificațiile tehnice corecte și să selectați un model potrivit în deplină concordanță cu acestea.

Puțină teorie

Pentru a calcula timpul de funcționare a unei surse de alimentare neîntreruptibilă (UPS) cu orice sarcină, trebuie să cunoașteți capacitatea bateriei, care este exprimată în amperi-ore (A*h). Cu toate acestea, în caracteristicile unui UPS, de obicei nu scriu amperi-oră, ci volți-amperi (V*A), adică scriu putere. Dar aceasta nu este doar putere, ci puterea ideală inventată de marketeri. Cuvântul cheie aici este „ideal”. Adică unul care nu poate exista în lumea reală. Să o notăm ca Ideal.

Producătorii mai sinceri indică puterea efectivă, care este exprimată în mod tradițional în wați. Să o notăm ca Efectiv . Puterea efectivă se obține din puterea ideală prin înmulțirea cu factorul de putere:

Eficient = k * Pideal

Care este factorul de putere? k ? La ieșirea UPS-ului este instalat un invertor, care convertește 12V furnizat de baterie în 220V necesar pentru alimentarea dispozitivelor conectate. Deoarece curentul de ieșire este alternativ, pierderea de putere este 1/sqrt(2)=0,70. În plus, excludem din această putere sursa de alimentare a circuitului UPS în sine și obținem un coeficient aproximativ egal cu 0,6.

De exemplu, o sursă neîntreruptibilă obișnuită de birou APC Smart UPS 500 are o putere de 500 VA. Aceasta perfect putere care poate fi furnizată de bateria instalată în interiorul UPS-ului. Eficient puterea, conform formulei și coeficientului nostru, va fi doar 0,6 din ideal, adică 300 W.

Acum întrebarea. De ce am scris mai întâi volți-amperi și apoi am început să scriem wați? Ambele sunt unități de putere. În mod tradițional, puterea ideală este scrisă în volți-amperi, iar puterea efectivă este scrisă în wați. Dar acestea sunt cantități de aceeași dimensiune.

Calcularea timpului de funcționare a dispozitivului

Acum să înțelegem cum să calculăm timpul de funcționare al unui dispozitiv alimentat de un UPS. De exemplu, avem un router Cisco gestionat care consumă 50 de wați. Ce înseamnă să consumi 50 W? Aceasta înseamnă că pe oră va cheltui 50 W de putere pentru munca sa. Adică, de fapt, ar trebui să scriem 50 W/h. Să notăm această cantitate ca Dpower (cererea de putere - consumul de energie).

UPS-ul nostru are o rezervă efectivă de putere de numai 300 W. Aceasta înseamnă că, dacă echipamentul consumă 50 W/h, atunci UPS-ul nostru va fi suficient pentru:

300 W / 50 W/h = 6 h

Adică, formula pentru calcularea timpului va fi astfel:

T = Eficient / Dputere

Adică dacă Dpower va fi în dimensiunea W/h, apoi timpul va fi în ore.

Și în sfârșit, o mică prostie

Privind dimensiunile puterii (volt*amperi), ne amintim formula pentru puterea electrică de la un curs de fizică școlar:

P = U*I

Unde:

P este puterea bateriei, exprimată în volți-amperi (V*A),
V este tensiunea bateriei, exprimată în volți (V),
I este curentul generat de baterie, exprimat în amperi (A).

Acum, știind că sursele de alimentare neîntreruptibile conțin de obicei baterii cu o tensiune de 12V, putem afla puterea curentului pe care o poate furniza bateria:

I = P/U = 500/12 = 41,6 A

Oh, wow, 41,6 A! Ce fel de curent este acesta? Acesta este curent normal. Este doar un curent de scurtcircuit atunci când nu există rezistență și un curent calculat pe baza puterii ideale. Dar nu veți scurtcircuita bateria, veți conecta sarcina la UPS.

29 martie 2016

Calcularea cu precizie a duratei de viață a bateriei folosind calcule matematice nu este o sarcină trivială. În acest sens, am simplificat sarcina prin implementarea algoritmului de calcul în calculatoare:

Cu toate acestea, să ne uităm la abordările pentru a determina durata de viață a bateriei.

1) Formula simplă

T = E U / P

E - capacitatea bateriei în Ah
U - tensiune
P - puterea de sarcină în W.

Aceasta este o formulă extrem de simplificată, care oferă un rezultat foarte aproximativ pentru descărcări în intervalul de 5-15 ore. Potrivit pentru estimarea rapidă a timpului de autonomie din capul tău. Algoritmul nu ia în considerare scăderea energiei bateriei în timpul descărcărilor scurte și creșterea în timpul descărcărilor lungi, precum și diverși coeficienți.

Există o formulă îmbunătățită cu coeficienți:

T = Uab * Sak * K * h * Kr * Kg / Pnagr

T – durata de viață a bateriei sursei de alimentare neîntreruptibilă, h;
Uab – tensiunea bateriei, V;
Capacitatea bateriei Sak, Ah;
K – numărul de baterii din circuit;
h – randamentul convertizorului (h=0,75-0,9), adesea variază în funcție de sarcină;
Kr – coeficientul adâncimii de descărcare 0,8–0,9 (80%-90%), ar trebui considerat 80%;
Kg – coeficientul capacității disponibile (depinde de modul de descărcare și temperatură, vezi caracteristicile bateriei)
Rload – puterea de sarcină.

Acest algoritm oferă rezultate relativ precise, dar pentru descărcări pe termen lung de 1 oră sau mai mult. La descărcări scurte, rezultatele pot fi foarte distorsionate datorită funcției de descărcare neliniară a bateriilor cu plumb-acid. Am folosit o metodă similară în articol.

2) Formula Peukert

T=Cp/I^n

T – timpul în ore
Cp – Capacitate Peckert (capacitatea bateriei când este descărcată cu un curent de 1A)
I – curent de descărcare
n – exponent Peukert

Exponentul Peukert este uneori indicat în caracteristicile bateriei și este calculat pe baza datelor de rating C ale bateriei (capacitate la diferiți timpi de descărcare). Capacitatea Peukert este calculată prin formula – Ср=R(C/R)^n (R este evaluarea în ore corespunzătoare acestei capacități, de exemplu, 10).

Calculatoarele noastre se bazează pe această formulă, ținând cont de eficiența invertoarelor și de adâncimea de descărcare. Acestea calculează timpul de autonomie cu mare precizie atât pentru descărcări scurte cât și lungi.

3) Calcul folosind tabele din specificațiile bateriei

Pasul 1. Calculul puterii totale în puterea de încărcare a bateriei

Rakb = (Pload*cos(φ)*Knagr)/eficiencyinv

Sarcina – puterea în kVA
cos(φ) – caracteristica factorului de putere (caracteristica de sarcină)
Knagr – nivelul de sarcină UPS
Efficiency inv – randamentul invertorului

De exemplu, să luăm un UPS de 120 kVA care funcționează la sarcină de 70% cu un factor de putere de 0,8:

Rakb= (120000*0,8*0,7)/0,94=71.489W - Această sarcină va cădea pe întregul banc de baterii atunci când UPS-ul este alimentat de la baterie.

Pasul 2. Calculați sarcina unei baterii

Să recalculăm sarcina unei baterii. De regulă, în UPS mari bateriile sunt conectate în serie într-o cantitate de 32-40 buc. Pentru a calcula sarcina unei baterii cu 40 de baterii:

71.489W/40=1.788W.

Fișa tehnică a bateriei indică de obicei puterea per celulă (Pel), din care sunt 6 bucăți. într-o baterie de 12V. Prin urmare:

Rel = 1788/6 = 298W.

Pasul 3. Studiul tabelelor de descărcare a bateriei și selecție.

În articol, am analizat subtipurile de baterii în contextul diferitelor utilizări prevăzute. Una dintre caracteristicile de bază este producția de energie, adică. cât de multă putere este capabilă să furnizeze bateria într-un anumit timp.

Să ne uităm la tabelele de descărcare ale bateriilor Delta de 100Ah din două serii diferite.

Delta DTM 12100 l:

Delta HRL 12100:

Să vă reamintim că sarcina noastră pe element este de 298 W. Adâncimea de descărcare – 10,8 V sau 1,80 V per element. Astfel, din aceste tabele, putem concluziona că DTM 12100 l va suporta sarcina pentru aproximativ 13,8 minute (se poate calcula proporțional, distorsiunea este minimă), Delta HRL 12100 - 16,3 minute. diferenta de ordine 15% . Apropo, diferența de preț este aproximativ aceeași.

4) Efectuarea descărcărilor reale

Desigur, idealul este să efectuați teste reale de biți. Trebuie avut în vedere faptul că bateriile își ating capacitatea maximă până la al 10-lea ciclu de încărcare-descărcare.

Să ne amintim ceva de fizică

Când se estimează puterea consumată de o sarcină, trebuie luată în considerare puterea totală. Puterea aparentă (unitatea de măsură VA este volți-amperi) este întreaga putere consumată de un aparat electric. Este alcătuit din componente de putere activă (unitatea de măsură "W" - Watt) și reactive (unitatea de măsură VAR - reactiv volt-amperi). Consumatorii de energie electrică au adesea atât componente active, cât și reactive.

. Cu acest tip de sarcină, toată energia consumată este transformată în căldură. Pentru o serie de dispozitive, această componentă este cea principală. Acestea includ, de exemplu, sobe electrice, lămpi de iluminat, încălzitoare electrice, fiare de călcat, elemente de încălzire etc.

Sarcini reactive . Aproape orice altceva. Ele pot fi de natură inductivă sau capacitivă. Un reprezentant tipic al unui dispozitiv electric care are o componentă de sarcină inductivă este un motor electric. Puterea aparentă (P) și puterea activă (Pa) sunt legate prin coeficientul cosФ.

Ra = cosФ x P

Care este metodologia de calcul a puterii consumatorilor de electricitate?

Pentru a face alegerea optimă a modelului UPS pe baza criteriului de putere necesar, trebuie să calculați puterea totală consumată de sarcina dumneavoastră. Încărcare, în acest caz, înseamnă toate aparatele electrice situate în locuința dumneavoastră (birou, apartament, spații industriale) care sunt supuse protecției.

Puterea consumată de un anumit dispozitiv poate fi determinată cel mai bine din fișa tehnică sau din instrucțiunile de utilizare ale acestui produs. Uneori, consumul de energie și coeficientul cosF sunt indicate pe peretele din spate al dispozitivului sau dispozitivului. Trebuie remarcat faptul că valoarea puterii în documente pentru diferite dispozitive poate fi indicată fie în wați, fie în volți-amperi. Pentru a evita erorile la calcularea puterii dispozitivelor, rezumăm separat pentru fiecare unitate de măsură în două coloane.

Vom enumera toți consumatorii de electricitate supuși protecției;
Să rezumam puterile lor așa cum este indicat mai sus;
Să aducem rezultatele obținute la o unitate de măsură a puterii (de preferință în volți-amperi). Pentru aceasta:
Dacă puterea activă și coeficientul cosF sunt indicate în pașaport, atunci este ușor să le recalculați la putere maximă. Pentru a face acest lucru, puterea activă în „W” trebuie împărțită la cosФ. De exemplu, dacă produsul spune că puterea activă este de 700 W și cosФ = 0,7, atunci aceasta înseamnă că puterea totală consumată va fi egală cu 700/0,7 = 1000 VA. Dacă cosФ nu este specificat, atunci pentru un calcul aproximativ îl vom lua egal cu 0,7.

Puterea calculată în acest fel trebuie adăugată la suma puterilor din cealaltă coloană (însumată în VA).

Notă: pentru aparatele electrice care au doar o sarcină activă, coeficientul cosФ se ia egal cu 1.

Un alt punct extrem de important trebuie luat în considerare - curenții de aprindere. Orice motor electric (compresor) la momentul pornirii consumă de câteva ori mai multă energie decât în modul nominal. În cazul în care sarcina include un motor electric (de exemplu: o pompă submersibilă, frigider, burghiu), consumul de putere nominal al acestuia trebuie înmulțit cu cel puțin 3 (de preferință 5) pentru a evita supraîncărcarea stabilizatorului sau UPS-ului atunci când dispozitivul este pornit. Faceți aceste ajustări la calculele dvs.

Deci, puterea a fost calculată.

Cu toate acestea, să mai luăm în considerare două puncte.

Practic, nu există cazuri în viață când absolut întreaga sarcină funcționează în același timp. De fapt, dacă primiți oaspeți, atunci este puțin probabil ca rufele să fie spălate în acest moment, iluminatul să nu fie aprins în timpul zilei etc. În practică, există un astfel de lucru precum „coeficientul de comutare simultană”. Astfel, valoarea calculată poate fi redusă (adică, înmulțită cu aproximativ un factor de 0,3-0,5).
Pe de altă parte, este inacceptabil ca acesta să funcționeze în modul de încărcare completă. Pentru a crea un mod de funcționare „blând”, este recomandabil să creșteți puterea obținută ca urmare a calculelor anterioare cu aproximativ 10-15%. Procedând astfel, creșteți durata de viață a echipamentului, creșteți fiabilitatea și creați o rezervă de putere pentru conectarea noilor echipamente.

Numărul necesar a fost găsit. Acum, pe baza unor exemple specifice, să alegem un UPS.

Pentru a facilita sarcina de determinare a puterii, puteți furniza un tabel cu date aproximative despre consumul de energie electrică al aparatelor de uz casnic.

Frigider – până la 1 kW
TV - 0,08 kW
Mașină de spălat - 1,5 kW
Fierbător electric - 2 kW
Aspirator – 0,8 kW
Fier de călcat - 1 kW
Cuptor cu microunde - 1 kW
Iluminat (lampi cu incandescenta - 1 buc.) - 0,06 kW.
Calculatoare și monitoare:

Consumul de energie al monitoarelor CRT moderne

15" 70-100 W
17" 90-110 W
19" 100-150 W
22" 110-180 W

Consumul de energie al monitoarelor LCD moderne

15" - 25-45 W
17" - 35-50 W
19" - 40-60 W