Содержание
Правильный подбор источника бесперебойного питания является неотъемлемым залогом надёжности системы электроснабжения. Параметры ИБП должны быть строго сопоставимы с нагрузкой, которая будет подключена к ИБП. Иначе источник бесперебойного питания не принесёт желаемой пользы, а деньги будут потрачены напрасно.
Как рассчитать бесперебойник? Для этого необходимо учесть ряд параметров, ключевым из которых является мощность. Если вы купите ИБП, обладающий мощностью меньшей в сравнении с нагрузкой, то он просто не будет работать. Чтобы достаточно точно посчитать мощность необходимо вспомнить немного физики.
Коэффициент мощности нагрузки или по-другому Power Factor имеет очень важное значение при расчете мощности бесперебойника. Эта цифра показывает какую долю мощности реально потребляет нагрузка, то есть активная мощность. Если рассматривать нагрузку как идеальное сопротивление, то в этом случае значение коэффициента будет равно единице, что является максимальным значением. Конденсаторы и катушки не являются потребителями мощности, поэтому для них значение коэффициента равно нулю. В оборудовании возможно преобладание как емкостной, так и индуктивной составляющей.
К оборудованию с ёмкостной составляющей относятся компьютеры и серверы. Индуктивная составляющая присутствует в устройствах с электродвигателями, это может быть насос, кондиционер и т. п. Эта информация необходима в том случае, когда ИБП будет защищать оборудование разного типа, так как у первых коэффициент мощности стремится к единице, а у вторых находится в интервале от 0,8 до 0,9. В таком случае необходимо найти средний коэффициент мощности, чтобы получить точный результат.
Как рассчитать мощность ИБП, зная коэффициент мощности нагрузки? Чтобы вычислить мощность необходимо перемножить номинальную мощность ИБП на коэффициент мощности. В результате операции получается число, которое показывает максимальную активную мощность, которую сможет обслуживать источник бесперебойного питания. Например, мощность ИБП составляет 100 кВА, а коэффициент мощности нагрузки равен 0,9. В таком случае активная мощность нагрузки составит 90 кВт. Суммарная мощность нагрузки не должна превышать 90 кВт, а лучше если она будет несколько меньше.
Таких сложностей при расчёте мощности можно избежать, если использовать в качестве показателя выходной мощности бесперебойника. В таком случае расчет источника бесперебойного питания будет выполнен без ошибок. Большая ошибка сопоставлять мощности, выраженные в вольт-амперах и ваттах, так как величины значимо отличаются.
Также следует учитывать то, что потребляемая техникой мощность может быть несколько ниже номинальной. Такое может быть в самых различных случаях. Например, если рассматривать компьютеры, то их мощность в большинстве случаев определяется по мощности блока питания. Но не во всех случаях такой алгоритм расчёта является верным. Так, например, на компьютере может установлен блок питания, имеющий мощность 450 Вт, но суммарная мощность компонентов компьютера всего 120 Вт. Таких особенностей может быть очень много и их нужно учесть, выполняя расчет бесперебойника.
Другая ситуация, которую нужно учесть, чтобы произвести расчет работы ИБП связана с холодильником. Например, он может иметь мощность в 250 Вт, но стоит учитывать, что работает холодильник не постоянно, а только через некоторые промежутки времени. В таком случае необходимо узнать годовое потребление электроэнергии. В расчётах необходимо использовать это значение, делённое на 9. Следует заметить, что мощность нагрузки необходимо считать в ваттах.
На некоторых сайтах можно встретить расчет мощности ИБП онлайн, но они не могут выдать точных данных, потому что не учитывают подобных нюансов. Если же вы всё-таки решитесь воспользоваться подобными сервисами, то в добавок к полученному результату необходимо добавить порядка 20%. Немаловажно задуматься о перспективе роста мощности нагрузки. При росте нагрузки в будущем, лучше сразу приобрести более мощный ИБП. Аналогичная ситуация обстоит с сервисами, которые позволяют произвести расчет времени работы ИБП онлайн.
Расчёт АКБ
Второе, что нужно знать о том, как рассчитать источник бесперебойного питания, это емкость АКБ. Аккумуляторные батареи обеспечивают питание нагрузки при отсутствии питания в магистральной сети.
Если требуется расчет емкости ИБП для заданной мощности и времени работы, то применяется простая формула:
Емкость= 100*время*мощность нагрузки
Время автономной работы выражается в часах, а мощность нагрузки в киловаттах. Обращаем ещё раз внимание, что мощность выражается не в вольтамперах. Например, источник бесперебойного питания защищает компьютер с мощностью 500 Вт (0,5 кВт). Источник бесперебойного питания должен обеспечить время работы равное 2 часам. При таких условиях формула, позволяющая произвести расчет емкости батарей для ИБП приобретает следующий вид:
Таким образом для нагрузки с мощностью 500 Вт для обеспечения работы в течение 8 часов необходима ёмкость аккумуляторов равная 400 Ач. Такой расчет емкости аккумулятора для ИБП применим для АКБ с напряжением 12 В. Кроме того, нужно учесть, что формула пригодна для длительного времени работы от аккумулятора, а именно порядка 9-10 часов. Это обусловлено тем, что зависимость ёмкости аккумулятора от времени заряда не имеет линейный характер на всём протяжении.
Если время работы меньше, то необходимо вводить поправки. Это связано с тем, что при маленьком времени ток разряда большой и аккумулятор отдаёт нагрузке только некоторую часть своей ёмкости. Так, если необходимо время работы в 30 минут, то результат надо поделить на два, для 2 часов уменьшить на 40%, для 4 часов – 30%, для 6 часов – 40%. Чтобы определить точно значение необходимо использовать точное значение КПД инвертора, который установлен на ИБП и сопоставить данные с кривого разряда определённого типа аккумуляторов.
После того, как найдена суммарная ёмкость, необходимо выполнить расчет количества аккумуляторных батарей для ИБП. Чтобы его выполнить нужно суммарную ёмкость разделить на ёмкость одного аккумулятора. В нашем случае суммарная ёмкость составила 400 Ач. Предположим, что ёмкость одного аккумулятора равна 50 Ач. В таком случае нам понадобится 8 таких аккумуляторных батарей.
Время работы
Многих пользователей интересует время работы, которое сможет обеспечить тот или иной бесперебойник. Как рассчитать время работы бесперебойника? Для этого необходимо знать мощность подключенной нагрузки к ИБП, коэффициент полезного действия инвертора и суммарную ёмкость АКБ.
Суммарный расчет аккумуляторных батарей для ИБП производится крайне просто. В большинстве случаев источники бесперебойного питания содержат в себе типовые аккумуляторы. Чтобы выполнить суммарный расчет батарей для ИБП нужно умножить их количество на ёмкость одной аккумуляторной батареи.
Чтобы расчет времени автономной работы ИБП КПД инвертора рекомендовано принимать равным 0,85. Суммарная мощность нагрузки должна быть выражена в ваттах. О том, как её найти мы говорили в начале статьи.
Расчет времени работы ИБП проводится по следующей формуле:
Время=суммарная ёмкость акб*напряжение акб*(КПД инвертора/мощность нагрузки)
Полученное значение является приближённым и может меняться в процессе срока службы источника бесперебойного питания. Расчет времени ИБП является приближённым, так как время зависит от износа АКБ и условий эксплуатации, в основном от температуры воздуха. Так, например, рост температуры на один градус после отметки 40°C снижает ёмкость аккумулятора на 5%, что является очень существенным. Для максимального срока службы рекомендовано понижать нагрузку на бесперебойник на каждые 10 градусов после 25°C на 20%. Или же можно организовать хорошую систему охлаждения и не допускать вообще какого-либо роста температуры, за что источник бесперебойного будет только благодарен.
Если подобные расчёты для вас являются непонятными, то вы можете обратится к специалистам в этой области или же использовать специальный калькулятор – программа расчета ИБП. Однако, в этом случае необходимо использовать проверенный софт, созданный профессионалами, чтобы избежать ошибок и неверного выбора ИБП. Плюсом таких программ является расчет трансформаторов ИБП. При расчёте можно выбрать тип сердечника у трансформатора. При вычислениях учитываются потери, которые возможны в сердечнике и медных проводах.
Возможны случаи, когда нет необходимости в абсолютно точных данных. В таком случае можно воспользоваться специальными таблицами, в которых приведено время автономной работы для различных видов источников бесперебойного питания. Данные таблицы включают в себя время работы в зависимости от ёмкости аккумуляторных батарей и суммарной мощности нагрузки. Таким образом, вы можете сопоставить свои данные с табличными и узнать примерное время.
Зная то, как рассчитать ИБП можно сделать наиболее правильный выбор ИБП. Теперь вы знаете, что время автономной работы зависит не от мощности ИБП или от суммарного напряжения АКБ, а от ёмкости аккумуляторов. Поэтому при выборе ИБП нужно отдавать предпочтение с большей ёмкостью аккумуляторов при соответствии с заданной мощностью. Такой выбор позволит обеспечить максимальную автономность.
Написать письмо
По любому вопросу вы можете воспользоваться данной формой:
Статья содержит калькуляторы рассчитывающие временя разряда аккумулятора (батареи) в зависимости от тока нагрузки. Строятся графики зависимостей. Для расчета используется формула Пекерта.
Я, в общем, дилетант в электротехнике, поэтому прощу прощения за неточности, если они есть, а ниже изложено то, что я могу сказать по поводу времени разряда аккумулятора, потратив на это несколько часов чтения материалов из Интернета. Итак,
Емкость аккумулятора довольно часто указывают в амперчасах, ну или в миллиампер часах.
Казалось бы, все просто — есть, у тебя скажем аккумулятор емкостью (C) 800 миллиамперчасов и устройство с током потребления (I) в 100 миллиампер, значит, по формуле
,
он может обеспечить работу этого устройства на протяжении восьми часов. Так?
Конечно же, не совсем так. Количество электроэнергии, которое можно извлечь из аккумулятора, зависит от тока разряда аккумулятора. То есть при слишком большом токе разряда аккумулятор разряжается очень быстро и отдает меньше электроэнергии. Эффект этот был замечен довольно давно, но первым, кто попробовал учесть его количественно, был Пекерт (Peukert), который модифицировал формулу, внеся показатель, который теперь называют экспонента Пекерта (Peukert’s exponent).
По Пекерту, время разряда аккумулятора равно
,
где n – экспонента Пекерта.
Сp – емкость Пекерта, то есть емкость аккумулятора, измеренная при токе разряда в 1 ампер.
I – ток разряда, для которого делается расчет.
Значение экспоненты Пекерта определяется экспериментально. Оно зависит от типа аккумулятора и даже от его возраста. Обычно значение экспоненты Пекерта лежит в диапазоне от 1.1 до 1.3. Чем она меньше, тем лучше, конечно же.
Для некоторых аккумуляторов производитель его указывает, но это бывает довольно редко. Чаще можно встретить в спецификации данные по емкости аккумулятора для разного времени разряда. Этого в принципе достаточно, чтобы вычислить значение экспоненты Пекерта самому. Калькулятор ниже делает это.
Экспонента Пекерта
Разберемся теперь с емкостью Пекерта; как уже сказано выше, это емкость, или количество электроэнергии, которое может отдать этот аккумулятор при токе разряда в 1 ампер.
Емкость, указанная на аккумуляторе, это, конечно же, не оно. Это емкость, полученная при токе разряда, соответствующем какому-либо значению C-рейтинга (C-Rate).
Емкость с рейтингом 1С, это емкость, получаемая от аккумулятора при разряде его током, соответствующим этой же емкости. То есть 1000 миллиапмерчасов с рейтингом 1С означает, что данный аккумулятор способен обеспечивать ток в 1000 миллиампер в течении 1 часа. Емкость с рейтингом 0.05С это емкость, получаемая от аккумулятора при разряде его током, соответствующим 0.05 емкости. То есть 1000 миллиамперчасов с рейтингом 0.05С означает, что данный аккумулятор способен обеспечивать ток 50 миллиампер в течении 20 часов. Как уже можно догадаться, из-за эффекта Пекерта такой аккумулятор не сможет обеспечить 1000 миллиампер в течении часа. Время будет меньше.
Так вот, некоторые производители указывают C-рейтинг своего аккумулятора. Иногда как C-рейтинг, например, 0.05C или , иногда как «100 Амперчасов за 20 часов». А некоторые производители — не указывают. Наиболее частым значением в этом случае является рейтинг 0.05С ( ) или «за 20 часов». То есть можно смело рассчитывать на 20 часов работы, но при токе в 20 раз меньше тока, соответствующего указанной емкости.
Зная этот рейтинг, можно перейти от емкости, указанной на аккумуляторе, к емкости Пекерта, и использовать ее для расчета.
Емкость Пекерта в этом случае равна
, где
С — емкость аккумулятора
R — рейтинг выраженный в часах, соответсвующий данной емкости, например, 20.
n — экспонента Пекерта
Подробнее можно почитать здесь. Там еще много интересного про формулу Пекерта есть.
Зная емкость, рейтинг в часах, ток нагрузки и экспоненту Пекерта можно рассчитать время разряда. Калькулятор ниже делает это для разного процента разряда.
Зачем нужен процент разряда? Дело в том, что для многих типов аккумуляторов невозможно извлечь всю запасенную энергию, не повредив фатально при этом сам аккумулятор. Это зависит от химии аккумулятора. Поэтому обычно производители указывают допустимую глубину разряда (Depth of Discharge, DOD). Например, если указана глубина разряда 20% (это верно для большинства автомобильных аккумуляторов, кстати), то сильно не рекомендуется использовать более 20% мощности батареи. Иногда даже указывают допустимую дневную норму разряда.
Аккумуляторная батарея представляет собой источник тока многоразового использования. Ее особенность заключается в цикличности: зарядив батарею, ее можно использовать установленное производителем количество часов. Разряженную батарею легко зарядить с помощью специального зарядного устройства. Время заряда связано с параметрами источника, а количество циклов “заряд-разряд” напрямую зависит от типа и особенностей АКБ.
Что такое емкость и зачем нужен этот показатель?
Емкость аккумуляторной батареи – ее ключевая характеристика. Она влияет на стоимость устройства, область применения (от бытовых нужд до медицинских), срок службы.
Эта характеристика отображает длительность временного промежутка, на время которого батарея будет полноценно питать соответствующее устройство (пульт, телефон и т.д.) и обеспечивать его автономную работу. Иными словами, емкость АКБ – это максимальное количество электрической энергии, которое батарея способна накапливать за 1 полный цикл заряда.
Единица измерения емкости АКБ – амперы в час (А*ч), а для батарей высокой мощности – миллиамперы в час (мА*ч).
Основные понятия, которые связаны с расчетом емкости АКБ
С определением емкости АКБ связаны несколько терминов, среди них ток разряда аккумулятора, энергетическая и резервная емкость и прочие. Рассмотрим основные из них.
1.Зависимость емкости АКБ от тока разряда
При подключении к аккумулятору защищенной нагрузки без преобразователя, величина тока не меняется. При этом время работы АКБ будет выглядеть как соотношение емкости к току. В виде формулы эта зависимость выглядит следующим образом:
где Q – емкость аккумулятора (А*ч или мА*ч);
I – постоянный ток разряда аккумулятора (А);
T – время разряда батареи (ч).
2. Зависимость емкости АКБ от энергии
Способность к накоплению энергии батареей связана с напряжением: чем оно больше, тем больше энергии накопит АКБ. Таким образом, электрическая энергия определяется как произведение тока, напряжения и времени:
W= I*U*T,
где W – энергия накопленная батареей (Дж);
U – напряжение аккумулятора (В);
I – постоянный ток (А);
T – время разряда (ч).
3. Энергетическая емкость
Под этим понятием подразумевается энергия, которую отдает полностью заряженный аккумулятор при разряде до минимального напряжения. Для расчета энергетической емкости используют формулу:
где Q – емкость аккумулятора (А*ч);
W – энергетическая емкость аккумулятора (Вт/элемент).
4. Резервная емкость
Этот термин используется при расчете емкости автомобильных аккумуляторов. Он описывает способность АКБ питать электрооборудование автомобиля, когда встроенный генератор не функционирует. Резервная емкость рассчитывается следующим образом:
где Q – емкость аккумулятора (А*ч);
T – резервная емкость аккумулятора (мин).
Расчет емкости аккумуляторной батареи
Измерение объема батареи необходимо в случае определения количества энергии для продолжительной автономной работы любых устройств (к примеру, для ноутбука, смартфона и т.д.);
Для того чтобы определить емкость АКБ, необходимо применить стандартную формулу:
где Q – рассчитываемая емкость АКБ (А*ч или мА*ч);
P – нагрузочная мощность (Вт);
t – временной промежуток резервирования (ч);
V – напряжение батареи (В);
k – коэффициент, отображающий какая часть емкости АКБ используется.
Значение k компенсирует ситуацию неполного заряда батареи. К слову, полный разряд после нескольких полных циклом работы существенно увеличивает работоспособность устройства.
Расчет заряда АКБ на конкретном примере
Для того чтобы провести подсчет емкость батареи смог даже новичок, рассмотрим следующую задачу.
Мы имеем критическую нагрузку 500 Вт, которая требует резервирования на протяжении 3 часов, а также стандартное напряжение 12 В. Сперва посчитаем емкость для батареи, которая разряжается на 70 процентов, а потом заряжается. Это будет выглядеть следующим образом:
Q = 500*3/12*0,7 = 178,6 А*ч.
Так рассчитывается минимальная емкость. Чаще всего следует считать объем АКБ с небольшим запасом (например, 20%). В таком случае батарея проработает максимальное количество времени. Расчет будет выглядеть так:
Q = 178,6*1,2 = 214,3 А*ч.
В любом случае, вы сможете самостоятельно рассчитать емкость необходимой батареи, просто подставим свои значения в вышеуказанную формулу.
Власть и техника, деньги и товары имеют ценность и полезны лишь постольку, поскольку они дают человеку свободу.
