Компоненты MEAN WELL для систем бесперебойного питания с чистым синусом на выходе

28 февраля

Сергей Миронов (КОМПЭЛ)

Широкий выбор продукции MEAN WELL позволяет создать системы бесперебойного или автономного питания с чистым синусом под любые задачи. Благодаря разнообразию DC/AC-инверторов NTU и NTS (с функцией байпаса и без) можно подобрать модель под требуемую мощность нагрузки, а нужное время автономной работы обеспечат АКБ с зарядным устройством семейства NPB.

На промышленных объектах, в офисных зданиях и жилом фонде актуальны задачи по обеспечению различного оборудования бесперебойным питанием. В некоторых случаях требуется обеспечить энергией автономные объекты, которые не подключены к первичной электросети. Это можно решить с помощью аккумуляторных батарей (АКБ) и DC/AC-преобразователей (инверторов) необходимой мощности.

По форме выходного напряжения инверторы делятся на два основных типа: с модифицированным и так называемым “чистым” синусом на выходе (рисунок 1).

Рис. 1. Форма выходного напряжения инверторов

Инверторы с модифицированным синусом являются самыми простыми и имеют минимальную стоимость. Для большинства устройств, таких как компьютеры, мониторы, телевизоры, осветительные приборы и другая техника, имеющая в своем составе импульсный источник питания или обычный нагревательный элемент, указанные инверторы подходят без ограничений. Но есть и другое оборудование, такое как холодильники, рециркуляционные и водяные насосы в системе отопления или водоснабжения, кондиционеры, имеющие в своем составе электродвигатель переменного тока. Им для правильной и надежной работы требуется гармоническая форма напряжения – чистый синус. Если подобные устройства питать напряжением по форме модифицированного синуса, в них увеличиваются внутренние потери на вихревые токи, начинается нагревание и возрастает акустический шум. В итоге нарушается их оптимальный режим работы, а длительное нахождение в таких условиях ведет к ускоренной деградации с последующим выходом из строя.

Как раз для таких устройств необходимо использовать инверторы с синусоидальной формой выходного напряжения. Они имеют более высокую стоимость, но при этом формируют напряжение, которое по форме такое же, как в электросети, и способны питать абсолютно любую нагрузку, рассчитанную на сетевое напряжение соответствующей мощности.

Независимо от формы выходного напряжения, у инверторов может иметься или отсутствовать функция байпаса (bypass, обход). Она позволяет питать нагрузку непосредственно сетевым напряжением, если оно есть, а при его отсутствии инвертор автоматически переключается на питание от аккумуляторной батареи. В этом случае инвертор имеет два входа (рисунок 2):

• для сети переменного тока;
• для АКБ.

Такие инверторы лучше всего подходят для построения системы бесперебойного питания нагрузки, которая должна всегда находиться под напряжением и непрерывно работать, например, рециркуляционные насосы в системе отопления.

Рис. 2. Блок-схема инвертора с байпасом

В свою очередь в инверторах с байпасом может находиться встроенное зарядное устройство (ЗУ), а может отсутствовать. Что лучше: со встроенным ЗУ или с внешним, однозначного ответа нет, поскольку оба варианта широко применяются и обладают как плюсами, так и минусами. Дело в том, что встроенное ЗУ ограничивает параметры используемого внешнего аккумулятора, и в этом его минус. Но система бесперебойного питания получается проще, и в этом плюс. По такому принципу построено большинство простых бесперебойников для питания компьютерной и офисной техники. Более того, они даже имеют встроенную АКБ, что существенно ограничивает пользователя в выборе продолжительности автономной работы. Если же используется внешнее ЗУ, то мы, исходя из необходимого времени работы нагрузки, можем выбрать аккумулятор и подобрать под него ЗУ с оптимальными параметрами (рисунок 3). При этом система получается несколько сложнее, но плюсом является то, что мы не связаны определенной емкостью источника тока, а выбираем тот, который необходим для нужной продолжительности автономной работы и требуемой мощности нагрузки. При использовании аккумуляторной батареи большей емкости мы пропорционально увеличиваем продолжительность работы устройства.

Алгоритм работы такой системы достаточно прост: пока есть напряжение в первичной электросети, оно через байпас питает нагрузку, а через зарядное устройство поддерживает аккумулятор в заряженном состоянии. Когда первичное напряжение пропадает, нагрузка получает энергию от аккумулятора и работает до тех пор, пока или не разрядится аккумулятор, или вновь не появится напряжение в сети. Как только появляется напряжение, оно через байпас поступает на нагрузку, и одновременно начинается зарядка аккумулятора от ЗУ. И так до следующего отключения электроэнергии.

Рис. 3. Блок-схема подключений инвертора с байпасом и внешним ЗУ

Инверторы без функции байпаса в основном используются на объектах или в тех приложениях, где вообще отсутствует сетевое напряжение. Это может быть питание электроприборов во время отдыха на природе, обеспечение энергией оборудования от бортовой сети автомобиля, яхты и так далее. Однако только этим их применение не ограничивается. Инверторы без байпаса также можно использовать в системе питания и в условиях, где есть электросеть, но только или со внешним зарядным устройством, или с возможностью зарядки АКБ после ее разрядки. Такие инверторы оптимальны для питания объектов, которые допускают возможность отключения питания нагрузки на время заряда АКБ.

Известный мировой производитель источников питания MEAN WELL в 2022-2023 годах существенно обновил линейку своей продукции для систем бесперебойного и автономного питания с чистым синусом на выходе и выпустил три новых семейства продукции:

• NTS – DC/AC-инверторы без функции байпаса;
• NTU – DC/AC-инверторы с функцией байпаса;
• NPB – зарядные устройства для АКБ.

Используя эти три группы продукции, можно создать оптимальную систему качественного бесперебойного питания или временного питания автономных объектов под требуемые задачи в широком диапазоне мощности и времени независимой работы. Вся эта система строится индивидуально из отдельных компонентов: инвертора + АКБ + ЗУ. Мы можем подобрать инвертор с функцией байпаса в диапазоне мощности 1200…3200 Вт или без этой функции с мощностью 250…3200 Вт, выбрать необходимую аккумуляторную батарею емкостью до 1000 А⋅ч и даже более, а к ней – оптимальное зарядное устройство в диапазоне мощности 120…1700 Вт с требуемым напряжением и током заряда. Основные рекомендации по выбору АКБ приведены в разделе “Выбор АКБ для инвертора”.

NTS – семейство инверторов без функции байпаса

Линейка инверторов семейства NTS является самой многочисленной и состоит из девяти серий мощностью 250…3200 Вт: NTS-250P/400P/300/450/750/1200/1700/2200/3200. Их основные параметры приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные параметры инверторов семейства NTS

Все инверторы могут работать как от свинцово-кислотной, так и от литиевой аккумуляторной батареи соответствующего напряжения из стандартного ряда 12/24/48 В.

Информация, необходимая для первоначального выбора инвертора, содержится в его наименовании (рисунок 4).

Рис. 4. Расшифровка наименования инверторов семейства NTS

Две серии инверторов мощностью 250 и 400 Вт (NTS-250P/400P) имеют полуоткрытый кожух и предназначены для встраивания в электротехнический шкаф или бокс (рисунок 5а). Остальные могут использоваться в качестве отдельно стоящих устройств и в дополнительной защите не нуждаются (рисунок 5б).

Рис. 5. Внешний вид инверторов семейства NTS: а) NTS-250P/400P; б) NTS-300/450/750/1200/1700/2200/3200(EU)

Важная особенность инверторов – возможность работать с пиковой перегрузкой. Это качество очень полезно при запуске электродвигателей из состояния покоя, которые в момент пуска потребляют повышенную энергию для раскрутки вала и связанных с ним деталей. Как правило, все инверторы выдерживают 1,5-кратную пиковую перегрузку по мощности длительностью до 10 секунд и 2-кратную с ограничением по количеству включений (до 30).

Модели серий мощностью до 400 Вт включительно (NTS-250P/400P/300) не имеют встроенного вентилятора и являются полностью бесшумными (Fanless design). В остальных используется вентилятор, частота вращения которого зависит от внутренней температуры устройства (с ростом температуры у температурно-зависимого вентилятора увеличивается частота вращения).

Как видно из рисунка 4, входное напряжение инвертора (аккумулятора) зашифровано в наименовании, как и выходное напряжение, но не конкретная его величина, а общая группа. Точное значение из ряда 100/110/115/120 или 200/220/230/240 В, а также нужная частота этого напряжения (50/60 Гц) выставляются пользователем с помощью DIP-переключателя, расположенного на задней панели – на стороне с выходным АС-разъемом (рисунок 6). Обратите внимание, что в моделях NTS-300 отсутствует вентилятор на передней панели, а в NTS-300/450 нет разъема RJ-45 (Remote Port) на задней.

Важно! Инверторы на группу напряжений 110 или 220 В – это разные серии или модели. По умолчанию для серий инверторов на группу выходного напряжения 200/220/230/240 В выставлено значение 220 В/50 Гц, которое полностью соответствует параметрам нашей электросети и устройств, предназначенных для нее.

Рис. 6 Передняя (входная) и задняя (выходная) панели инверторов семейства NTS: а) NTS-250P/400P; б) NTS-300/450/750/1200/1700/2200/3200(UN)

Также DIP-переключателем можно включить функцию Saving mode, позволяющую сохранять энергию аккумулятора при работе инвертора в режиме холостого хода. При включении этой функции, если нагрузка имеет мощность меньше нижнего порога 10 Вт, инвертор через 3 секунды отключает выход и практически не потребляет ток от аккумулятора (потребление минимальное и необходимо только для работы схемы контроля). При включении этого режима электроника инвертора периодически анализирует нагрузку, и в случае, если ее мощность становится выше определенного значения (25 Вт), включается работа от аккумулятора. По умолчанию этот режим выключен (Non-Saving mode). Возможные комбинации положения DIP-переключателя и соответствующие им режимы показаны на рисунке 7.

Рис. 7. DIP-переключатель и кодировка режимов работы

На передней панели расположены клеммы для подключения аккумуляторной батареи и защитного заземления, а также выключатель устройства.

Для безопасного использования и надежной работы все инверторы имеют многоуровневую защиту как по входу, так и по выходу. По входу – защита от обратной полярности, превышения входного напряжения сверх нормы и глубокого разряда батареи, по выходу – защита от короткого замыкания, перегрузки и перегрева. Для защиты от пыли и частично от влаги плата устройства с компонентами покрыта лаком (Conformal coating).

Все инверторы поддерживают удаленное управление (ВКЛ/ВЫКЛ) через сухой контакт реле (замыкание/размыкание). Разъем управления находится рядом с DIP-переключателем (рисунок 6б) и обозначен буквами «RC» (Remote Control). Инверторы мощностью от 750 Вт и выше дополнительно поддерживают управление по протоколу RS-232 через разъем RJ-45 (Remote Port), расположенный на задней панели. При использовании цифрового интерфейса для мониторинга и управления можно применить специальные контроллеры MEAN WELL IRC1, IRC2 или IRC3, которые различаются набором функциональных возможностей. Внешний вид передних панелей этих контроллеров показан на рисунке 8.

Рис. 8. Передние панели контроллеров управления IRC1, IRC2 и IRC3

Для контроля режима работы и состояния инвертора в любой момент времени имеется светодиодная индикация, расположенная на задней панели. Она осуществляется посредством трех разноцветных (трехцветных) светодиодов (Status, DC Input, Load) в соответствии с таблицами, изображенными на рисунке 9.

Рис. 9. Индикация состояния работы инверторов семейства NTS

NTU – семейство инверторов c функцией байпаса

Инверторы NTU по внешнему виду и по основным функциональным возможностям напоминают модели рассмотренного выше семейства NTS, но, как следует из названия, имеют встроенную схему байпаса, в чем и заключается основное различие. Также у них разные значения выходной мощности. Семейство NTU состоит всего из четырех серий: NTU-1200/1700/2200/3200 мощностью 1200…3200 Вт. Их внешний вид представлен на рисунке 10, а основные параметры приведены в таблице 2.

Рис. 10. Инверторы семейства NTU-1200/1700/2200/3200(UN): а) внешний вид; б) передняя (входная) панель; в) задняя (выходная) панель

Как видно из рисунка 10, на задней панели из-за функции байпаса дополнительно появились разъем для подключения к первичной сети 110/220 В (AC Input) и соответствующая ему кнопка сброса для встроенного защитного автоматического выключателя (Circuit Breaker) на случай его срабатывания при перегрузке в цепи байпаса. Кроме того, появился светодиод зеленого цвета для индикации состояния первичной сети (AC Input). Во всем остальном внешний вид инверторов NTU аналогичен моделям рассмотренного выше семейства NTS, поэтому подробно их описывать не будем, а заострим внимание на различиях и основных особенностях.

Все инверторы этого семейства имеют встроенный температурно-зависимый вентилятор. Причем в режиме байпаса этот вентилятор, как и контролирующая электроника, питается от аккумулятора, что приводит к потреблению тока порядка 0,5…0,6 А (от батареи12 В). В принципе, это значение тока может скомпенсировать зарядное устройство, которое будет подключено к аккумулятору (рисунок 3). Поскольку инверторы довольно мощные, то и аккумулятор, используемый с ними, должен иметь большую емкость, и зарядное устройство в режиме поддерживающего заряда (Float) вполне может выдать необходимый ток для компенсации потерь на работу вентилятора и другой электроники.

Расшифровка наименования инверторов семейства NTU приведена на рисунке 11.

Рис. 11. Расшифровка наименования инверторов семейства NTU

Таблица 2. Основные параметры инверторов NTU

В инверторах с байпасом важной функцией является скорость переключения из одного режима в другой. Это связано с тем, что на время переключения нагрузка остается без входного напряжения. Если это инерционная нагрузка типа электродвигателя, то в большинстве случаев за счет инерции вала это не имеет принципиального значения. Однако если питается какая-либо электроника, то встроенный импульсный источник питания при недостаточном времени удержания может среагировать, что нарушит работу устройства. Как видно из таблицы 2, инверторы NTU имеют малое время переключения на уровне 10 мс в обоих случаях (байпас-инвертор и инвертор-байпас). Это порядка ½ периода сетевого напряжения. Как правило, импульсные источники питания имеют время удержания более 10 мс (в среднем – от 15 мс).

Инверторы семейства NTU могут удаленно управляться как через контакты реле, так и по интерфейсу RS-232 посредством контроллеров, изображенных на рисунке 8.

Визуальная индикация работы реализована с помощью четырех цветных светодиодов (Status, DC Input, Load и AC Input). Три из них (Status, DC Input, Load) полностью повторяют логику индикации инверторов NTS (рисунок 9), а логика индикации светодиода AC Input приведена на рисунке 12.

Рис. 12. Индикация светодиода о состояния первичной сети в инверторе семейства NTU

Инвертор непрерывно контролирует напряжение первичной сети и в случае его отклонения на ±16% от установленного выходного напряжения переключается на работу от аккумуляторной батареи, а при достижении входным напряжением разницы в ±13% возвращается в режим байпаса. Это нужно иметь в виду и не искать проблему в системе питания, когда при наличии напряжения в сети вдруг произошло переключение на аккумулятор. Такое свойство особенно актуально для сетей с пониженным сетевым напряжением (в рамках допуска или за его границами) и при установке выходного напряжения инвертора на 230 В. Такая ситуация может наблюдаться в населенных пунктах с некачественным и нестабильным напряжением в сети, например, в дачных поселках, СНТ и так далее. В этом случае разница в ±16% и даже более вполне достижима. При пониженном напряжении первичной сети лучше выставить выходное напряжение инвертора тоже немного ниже: 220 или даже 200 В.

Более полную информацию о работе с инверторами семейств NTS/NTU можно найти в инструкции пользователя [1].

Зарядные устройства семейства NPB для аккумуляторных батарей 

Для зарядки аккумуляторных батарей в системе бесперебойного питания компания MEAN WILL выпустила новую группу зарядных устройств, которые могут работать и с кислотно-свинцовыми, и с литий-ионными аккумуляторами. Новую группу ЗУ семейства NPB условно можно разделить на две подгруппы:

• простые зарядные устройства;
• интеллектуальные ЗУ с высокой эффективностью и хорошим соотношением цены и качества.

Как можно понять из названия этих подгрупп, модели в них различаются в основном функциональными возможностями, которые востребованы при зарядке аккумуляторных батарей. К подгруппе простых ЗУ относятся три серии: NPB-120/240/360 с выходной мощностью 120, 240 и 360 Вт, соответственно. В подгруппу интеллектуальных зарядных устройств входят четыре серии: NPB-450/750/1200/1700 с выходной мощностью 450…1700 Вт.

Внешний вид этих зарядных устройств приведен на рисунке 13, а основные параметры – в таблице 3. На рисунке мы видим, что ЗУ второй подгруппы внешне очень похожи на инверторы, рассмотренные ранее. Используя такие модели в одной системе (ЗУ + инвертор), можно получить весьма эстетичный вид системы бесперебойного питания.

Рис. 13. Внешний вид ЗУ NPB-120/240/360 (а) и NPB-450/750/1200/1700 (б)

Независимо от подгруппы, все зарядные устройства посредством DIP-переключателя обеспечивают выбор между 2- или 3-ступенчатым алгоритмом зарядки и содержат каскад коррекции коэффициента мощности (ККМ, PFC). По рекомендации производителя 2-ступенчатый алгоритм оптимален для литий-ионных аккумуляторов, а 3-ступенчатый – для кислотно-свинцовых (рисунок 14).

Рис. 14. 2- и 3-ступенчатая кривая заряда для NPB-120/240/360 (а) и NPB-450/750/1200/1700 (б)

Однако, как можно видеть на рисунке 14а, у NPB-120/240/360 при 2-ступенчатом режиме зарядки и фактическом достижении аккумулятором заряда, ЗУ продолжает держать выходное напряжение (V_float) и при этом продолжает подавать зарядный ток. Для литиевых аккумуляторов, если связка ЗУ + АКБ является постоянной и неотключаемой, такой режим заряда не рекомендуется и ведет к ускоренной деградации АКБ (объяснение, почему это происходит, будет дано далее в разделе “Выбор АКБ для инвертора”). Такой алгоритм зарядки можно использовать только при контроле заряда и последующем отключении ЗУ при достижении заряда АКБ. Это можно обеспечить или в ручном режиме, или с помощью схемы BMS аккумуляторной батареи. В ручном режиме – это значит взяли аккумулятор, зарядили и отключили. Например, это можно осуществить на отдыхе или на автономных объектах, где есть возможность отключить нагрузку на время заряда АКБ, и где этот процесс контролируется непосредственно человеком. В принципе, такое поведение зарядных устройств можно объяснить их стоимостью – они недорогие и поэтому не так функциональны, как интеллектуальные ЗУ.

У интеллектуальных зарядных устройств, как можно видеть на рисунке 14б, 2-ступенчатая кривая совершенно другая: при достижении заряда аккумулятора дальнейшая работа ЗУ прекращается, и выходное напряжение снижается. Этот режим является более предпочтительным для литиевых аккумуляторов. Поэтому, если предполагается использование литиевой аккумуляторной батареи, особенно в случае постоянного подключения ЗУ + АКБ, лучше выбрать интеллектуальное зарядное устройство серий NPB-450/750/1200/1700. Но здесь следует обратить внимание на то, что, как было сказано ранее, в режиме байпаса инверторы семейства NTU потребляют некоторое количество энергии от АКБ. Важно, чтобы это не разрядило аккумулятор. Обычно компенсация этой потребляемой энергии осуществляется от ЗУ в режиме поддерживающего заряда (Float). При построении системы бесперебойного питания на основе литиевых АКБ на этот момент следует обратить внимание и принять меры, чтобы в режиме поддерживающего заряда аккумулятор не разряжался.

3-ступенчатые кривые заряда у всех рассматриваемых ЗУ имеют одинаковый вид и хорошо подходят для кислотно-свинцовых АКБ.

Необходимые органы управления режимом заряда, контроля и индикации расположены на задней панели устройства со стороны подключения АКБ. На передней панели расположены выключатель и разъем для подключения сетевого кабеля (рисунок 15). У моделей серии NPB-360 имеется встроенный вентилятор.

Рис. 15. Вид передней и задней панелей ЗУ NPB-120/240/360 (а) и NPB-450/750/1200/1700 (б)

ЗУ серий NPB-120/240/360 позволяют с помощью отвертки осуществить точную подстройку зарядного тока и зарядного напряжения в широких пределах под выбранный аккумулятор (таблица 3). Для этого имеются регулировочные потенциометры Io Ajd и Vo Adj на задней панели.

Таблица 3. Основные параметры ЗУ семейства NPB

Выбор 2- или 3-ступенчатого алгоритма заряда осуществляется изменением положения DIP-переключателя, при этом расположенный рядом светодиод (Status) индицирует цветом процесс зарядки АКБ. Пока он происходит, светодиод светит красным цветом (или оранжевым, если это подгруппа интеллектуальных ЗУ). Как только аккумулятор зарядится, и ЗУ выйдет в режим поддерживающего заряда (Float), цвет свечения светодиода меняется на зеленый (рисунок 14а).

Зарядные устройства этой подгруппы можно заказать с различными вариантами подключения к АКБ. Это могут быть разъем типа XLR, AD1 или винтовое подключение, обозначенное в наименовании суффиксом «TB» (рисунок 16). А все интеллектуальные ЗУ имеют возможность только винтового подключения.

Рис. 16. Расшифровка наименования ЗУ семейства NPB

Более интересными с технической точки зрения и по представляемым возможностям являются интеллектуальные ЗУ NPB-450/750/1200/1700. Они обеспечивают температурную компенсацию напряжения при заряде. Кроме того, эти зарядные устройства имеют возможность программирования собственных кривых заряда через программатор SBP-001, удаленное включение/выключение посредством контактов реле, а для литиевых батарей со встроенной BMS (Battery Management System) имеется возможность автоматического выбора диапазона выходного напряжения с помощью DIP-переключателя. И ко всему прочему, данные ЗУ поддерживают протокол CANBus для цифрового управления и контроля. Их совместно с инверторами, которые поддерживают управление посредством RS-232 по своим функциональным возможностям, можно интегрировать в систему с цифровым управлением и контролем.

Все зарядные устройства имеют комплекс защитных мер от КЗ на выходе, обратной полярности, превышения выходного напряжения и от перегрева.

Подробное описание всех возможностей интеллектуальных ЗУ и того, как с ними работать, довольно большое и выходит за рамки этой статьи. Более полную информацию о семействе NPB можно найти в инструкции пользователя [2]. 

Выбор АКБ для инвертора

В технической документации [1] указаны рекомендуемые значения емкости аккумуляторной батареи в зависимости от ее напряжения для каждого типа рассмотренных инверторов (таблица 4).

Таблица 4. Рекомендуемые значения емкости АКБ для инверторов

Понятно, что эти значения емкости даны исходя из эксплуатации инвертора на его номинальной мощности и той величины тока, которую может обеспечить АКБ определенного напряжения для работы на этой мощности. Но бывают ситуации, когда инвертор эксплуатируется в недонагруженном режиме. В этом случае можно взять АКБ с емкостью меньшего значения. Например, требуется инвертор с байпасом для нагрузки мощностью 300 Вт, и мы предполагаем использовать аккумулятор напряжением 12 В. К сожалению, в рассмотренной нами линейке продукции отсутствует инвертор с байпасом на указанную мощность (есть только без него). Поэтому мы выбираем модель с байпасом NTU-1200, и тогда, если нас устраивает время автономной работы, можем использовать АКБ емкостью от 100 А⋅ч/12 В, как для инвертора NTS-300.

Далее под параметры выбранной батареи мы подбираем зарядное устройство. Для этого источника тока подойдут зарядные устройства типа NPB-240-12 или NPB-360-12 (таблица 3). Причем и в том, и в другом случае мы сможем этими зарядными устройствами обеспечить оптимальный режим заряда АКБ. Оба этих ЗУ позволяют с помощью регулировки выставить начальный зарядный ток 10% от емкости аккумулятора (это рекомендованный режим заряда кислотно-свинцовых АКБ) и требуемое напряжение. То есть при выборе источника тока нужно исходить из мощности нагрузки и необходимого времени автономной работы с учетом КПД инвертора и коэффициента мощности нагрузки. Причем при проверке, подходит или нет выбранный аккумулятор под предполагаемый режим работы, нужно сравнить расчетную мощность разряда с данными, указанными в технической документации на аккумулятор. При этом следует руководствоваться той информацией, которая дана при его разряде постоянной мощностью, а не током, поскольку в случае, если нагрузка питается через инвертор, разряд АКБ происходит с постоянной мощностью.

Для инверторов можно использовать любые распространенные типы АКБ. Это могут быть и кислотно-свинцовые (обслуживаемые, GEL, AGM, сурьмянистые, кальциевые) и литиевые, например, литий-железофосфатные и другие.

Важно! При выборе кислотно-свинцового аккумулятора (как и любого другого) следует изучить документацию на него и выставить зарядным устройством оптимальный режим его зарядки. Здесь следует быть внимательными. На рынке присутствуют кислотно-свинцовые аккумуляторы для разных применений и с различными параметрами. Например, есть специальные аккумуляторы для систем ИБП (классические), а есть автомобильные АКБ, которые тоже можно использовать. Причем фактически именно автомобильные аккумуляторы имеют меньшую стоимость и, соответственно, более высокий шанс, что именно такой тип и будет выбран пользователем. Это допустимо, однако такие аккумуляторы, как правило, служат меньше (3…5 лет) чем специализированные (8…12 лет). Дело в том, что при производстве тех или иных типов источников тока решаются разные задачи. При разработке АКБ для ИБП приоритетной задачей является обеспечить долговременность надежной работы в буферном режиме с устойчивостью к глубокому разряду, а при производстве автомобильных основное внимание уделено полному отсутствию обслуживания и частым повышенным токам разряда (при пуске двигателя) в ущерб длительности эксплуатации. Тем не менее эти АКБ тоже можно использовать, но здесь важно правильно выбрать ЗУ, которое сможет обеспечить необходимое зарядное напряжение. Как правило, кальциевые аккумуляторы имеют повышенное напряжение заряда, отличающееся от напряжения, выставленного по умолчанию в ЗУ (до 15 В и даже выше против 13,8…14,4 В). На это следует обратить внимание, поскольку в противном случае в этих АКБ будет наблюдаться сульфатация. Кроме того, эти источники тока плохо реагируют на глубокий разряд (более 50%), что тоже ведет к их деградации.

Почему важно прекращать дальнейший заряд литиевых аккумуляторов при полной зарядке 

Для литий-ионного аккумулятора степень заряженности 100% является величиной относительной. Например, условно за 100% заряда большинство производителей литий-железофосфатных аккумуляторов считает заряд, который АКБ получил при зарядке его постоянным током 0,2С до достижения напряжения 3,70 В на одну ячейку с последующим переходом в режим заряда при постоянном напряжении до достижения зарядного тока величины 0,02С. Если не остановить заряд в этой точке, аккумулятор может заряжаться дальше. При этом еще до достижения точки 100% аккумулятор приближается к порогу, вблизи которого почти все ионы лития из катода деинтеркалированы, и их количество становится недостаточным для того, чтобы поддерживать химическую реакцию на прежнем уровне. Параллельно запускается химическая реакция, связанная с преобразованием вещества электролита, в котором также содержатся ионы лития, что приводит к деградации аккумулятора. Это иллюстрирует рисунок 17, на котором схематически изображен процесс заряда свинцово-кислотного (СКА) и литий-ионного (ЛИА) аккумуляторов.

Рис. 17. Процесс заряда аккумуляторов на границе 100%

Из рисунка видно, что граница, соответствующая состоянию «степень заряженности 100%» для литий-ионного аккумулятора размыта. Этот факт имеет очень важное значение. С одной стороны, при заряде необходимо ограничивать напряжение АКБ, с другой – искусственным образом останавливать его дальнейший заряд в буферном режиме. Именно это обуславливает необходимость использовать систему контроля и управления аккумуляторной батареей (BMS).

Кислотно-свинцовый аккумулятор ведет себя иначе. В стандарте DIN 40729-1985 определено понятие «полный заряд свинцово-кислотного аккумулятора» как заряд с преобразованием всего активного вещества. Таким образом, свинцово-кислотный аккумулятор, заряженный на 100% – это источник тока, у которого весь сульфат свинца преобразовался в металлический свинец (на отрицательном электроде) или в двуокись свинца (на положительном). Свинцово-кислотный аккумулятор в принципе не может быть заряжен выше 100%. Напряжение подзаряда для классических обслуживаемых свинцово-кислотных аккумуляторов равно 2,23 В на ячейку при комнатной температуре, и выбирается исходя из необходимости обеспечить максимальную коррозионную стойкость свинцовых электродов.

В этой статье мы рассмотрели, как можно собрать систему бесперебойного или автономного питания с чистым синусом под требуемые задачи, выбирая для этого наиболее подходящие компоненты производства компании MEAN WELL.

Новая продукция позволяет нам выбрать инвертор, ориентируясь на мощность нагрузки, подобрать к нему АКБ, обеспечивающий необходимое время автономной работы и под выбранный аккумулятор подобрать оптимальное зарядное устройство.

Компания MEAN WELL уже более 20 лет присутствует на российском рынке и имеет прекрасную репутацию поставщика надежной и качественной продукции в области электропитания для самых широких сфер применения.

Дополнительные материалы

1. Инструкция пользователя для инверторов NTS/NTU
2. Инструкция пользователя для ЗУ семейства NPB