Timp de funcționare UPS pe baterii. Calculul timpului de rezerva de putere a sarcinii de la un 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)/eficiency inv

• 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.

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 orele - 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 temperatură de funcționare diferită de 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 -

Pentru a calcula durata de viață a bateriei unei surse de alimentare neîntreruptibile UPS, puteți utiliza datele medii pentru UPS de la majoritatea producătorilor. De exemplu, cu o sarcină UPS de 100%, timpul de autonomie este de 4...8 minute, 75% - 7...12 minute, 50% - 12...20 minute. Sau tabele speciale care indică durata de viață a bateriei sursei de alimentare neîntreruptibilă UPS pentru diferite valori ale puterii de sarcină și capacitatea bateriilor reîncărcabile încorporate. Este important să țineți cont de faptul că valorile de viață a bateriei indicate de producător sunt estimative și nu formează baza pentru apariția obligațiilor furnizorului sau a reclamațiilor cumpărătorului. Trebuie reținut că producătorii de surse de alimentare neîntreruptibilă UPS indică valorile puterii UPS, capacitatea bateriei și durata de viață a bateriei pentru funcționarea la o temperatură de 20...25C. Această temperatură este optimă pentru funcționarea UPS-ului și a bateriei. Dar condițiile reale de funcționare ale surselor de alimentare neîntreruptibile UPS diferă de cele ideale.

Determinarea timpului exact de autonomie al unui UPS nu este o sarcină simplă, ținând cont de mulți parametri care sunt diferiți pentru fiecare caz de calcul. Simplificat, durata aproximativă de viață a bateriei unei surse de alimentare neîntreruptibile UPS atunci când funcționează de la o baterie poate fi calculată folosind formula:

T=E* U/ P(ora.)

E- capacitatea bateriei (Ah)

U- tensiunea bateriei (V)

P- Putere de sarcina UPS (W)

Dacă specificațiile tehnice ale cumpărătorului permit erori în timpul funcționării sursei de alimentare neîntreruptibile UPS, atunci calculul se poate face folosind următoarea formulă.

În caz de întreruperi ale tensiunii de alimentare la o sarcină critică, este necesar să se asigure funcționarea autonomă a acesteia. Utilizarea UPS (surse de alimentare neîntreruptibile) în circuitul de alimentare vă permite să rezolvați această problemă. Durata de viață a bateriei UPS este principalul indicator atunci când alegeți astfel de dispozitive pentru echipamente specifice. Durata de viață a bateriei UPS-ului depinde de puterea de încărcare și de capacitatea bateriei bateriei. Consumatorii responsabili includ servere, circuite de control pentru cazane de încălzire, echipamente complexe de laborator pentru efectuarea de studii ciclice și echipamente medicale pentru sistemele de susținere a vieții. Pentru un calcul mai precis al duratei de viață a bateriei unei surse de alimentare neîntreruptibile UPS atunci când funcționează din baterii de stocare pentru consumatori responsabili, formula de calcul ar trebui să țină cont de eficiența eficienței invertorului (de obicei, această valoare este 0,75...0,8), numărul de baterii din baterie, gradul de uzură a bateriei, adâncimea de descărcare a bateriei (0,8...0,9. Bateriile își reduc capacitatea la 5% pentru fiecare grad de creștere a temperaturii după 40C.), coeficientul capacității disponibile a bateriei (se determină din raportul dintre valorile capacității în modul de descărcare a bateriei și temperatura ambiantă), temperatura ambiantă (dacă temperatura ambientală crește peste 25C, este necesar să se reducă puterea de încărcare a UPS-ului cu 20% pentru fiecare creștere de temperatură de 10C.).

Atunci când alegeți o sursă de alimentare neîntreruptibilă, este mai bine să cumpărați un UPS cu capacități suplimentare, de exemplu, capacitatea de a conecta un stabilizator și plăci de încărcare suplimentare. Această configurație UPS vă va permite să economisiți bani în viitor atunci când puterea de încărcare crește.

Este mai bine să lăsați în seama specialiștilor calculul configurației individuale a sursei de alimentare neîntreruptibile UPS.

Pentru a calcula durata de funcționare a unei surse de alimentare neîntreruptibilă în modul offline, utilizați indicatorii medii pentru majoritatea UPS-urilor. De exemplu, durata de viață a bateriei la încărcare maximă variază de la 4 la 8 minute; pe măsură ce sarcina scade, această perioadă crește în aceeași progresie. Sau puteți evita calculele și utilizați tabele speciale care definesc o scală de timp pentru toate tipurile de UPS, defalcate după puterea de sarcină și capacitatea bateriei încorporate. Trebuie înțeles că sunt indicate doar date medii, care sunt calculate de producători ca estimări.

În special, parametrii de timp sunt dați pentru cele mai ideale condiții de funcționare ale UPS-ului, inclusiv la o temperatură de 20-25°C. Dar, în realitate, condițiile de funcționare pot diferi semnificativ, ceea ce afectează și eficiența bateriilor de alimentare neîntreruptibilă.

Pentru a determina cât mai exact posibil perioada de timp de autonomie a bateriei și UPS-ului, este necesar să se țină cont de mulți parametri care diferă în fiecare caz concret. O formulă specială ar trebui utilizată pentru a obține date despre durata de viață aproximativă simplificată a bateriei unui UPS:

E - indicator de capacitate a bateriei (Ah)

U - indicator de tensiune baterie (V)

P - Indicator de putere a instalației de sarcină UPS (W)

Durata de viață a bateriei unui UPS depinde în mare măsură de nivelul său de putere și de capacitatea bateriei. Cele mai solicitante sarcini includ circuite de control pentru cazane de încălzire, servere, echipamente complexe de laborator pentru efectuarea de experimente ciclice, precum și diverse echipamente medicale. Apropo, combinația acestor două caracteristici este cea care permite ca acest echipament să fie adaptat în mod flexibil la o mare varietate de condiții datorită existenței unor modele cu rapoarte diferite.

Aici puteți evalua clar varietatea modelelor

Important! Pentru a efectua cele mai competente calcule ale funcționării autonome a unui UPS din baterii reîncărcabile pentru astfel de consumatori, trebuie făcută o reducere în formula de mai sus pentru:

• Eficiența invertorului, a cărui valoare variază în intervalul 0,75 - 0,8,
• numărul de baterii dintr-un singur dispozitiv
• gradul de uzură a bateriei
• adâncimea de descărcare - 0,8 - 0,9

În plus, capacitatea scade și în funcție de creșterea temperaturii camerei - 1 grad după 40 ° C - cu 5%. Experții recomandă, în general, ca după 25°C să reducă puterea de încărcare a sursei de alimentare neîntreruptibilă cu 20% pentru fiecare zece puncte de temperatură ulterioare.

Pentru a putea folosi UPS-ul cât mai mult timp, este recomandat să acordați atenție funcțiilor suplimentare ale acestuia atunci când alegeți un dispozitiv. În special, conectarea plăcilor de încărcare suplimentare sau a unui stabilizator. Ca urmare a utilizării unor astfel de caracteristici, puteți crește semnificativ performanța UPS-ului, ceea ce va oferi economii bune în viitor. În acest caz, este mai bine să încredințați specialiștilor să efectueze un calcul individual al parametrilor de configurare a UPS.

Cum să alegeți configurația optimă UPS pentru organizarea alimentării neîntreruptibile pentru echipamentele și aparatele de uz casnic din casă

Este destul de dificil să răspunzi la întrebarea despre alegerea configurației unei surse de alimentare neîntreruptibile pentru a asigura o alimentare fiabilă a sistemelor de încălzire și inginerie și a aparatelor electrice de uz casnic. În esență, aceasta este o ecuație cu multe necunoscute. La urma urmei, nu se știe dinainte cât de proastă va fi sursa de alimentare a rețelei și cât de lungă vor fi întreruperile de curent.

În prima etapă, este necesar să se determine puterea totală a tuturor consumatorilor de energie a căror funcționare trebuie să fie asigurată în absența rețelei de alimentare. Pe baza acestei valori, este necesar să selectați un UPS cu o putere cu 20% mai mare decât valoarea maximă a sarcinii. După aceasta, trebuie să determinați capacitatea bateriilor externe, pe baza timpului de rezervă necesar.

Cea mai optimă soluție pentru alimentarea neîntreruptibilă este împărțirea sarcinii în mai multe grupuri mai mici de consumatori. Și rezolvați problema furnizării de rezerve separat pentru diferite grupuri de consumatori, în funcție de importanța acestora. Atunci când alegeți configurația unei surse de alimentare neîntreruptibile și a bateriilor, trebuie luat în considerare faptul că creșterea rezervei de putere UPS nu duce la o creștere liniară a duratei rezervei. Pentru a oferi o putere mare de sarcină, este necesar un UPS mai puternic, iar pentru a asigura un timp de rezervă îndelungat, este necesară creșterea capacității bateriilor externe.

O modalitate simplă de a calcula timpul de rezervă al sursei de alimentare neîntreruptibilă

Timpul de rezervă de putere este determinat în primul rând de doi parametri: puterea sarcinii utile și capacitatea totală a tuturor bateriilor.

Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că dependența timpului de rezervă de acești parametri nu este liniară. Dar pentru o estimare aproximativă rapidă a timpului de slăbire, puteți utiliza o formulă simplă.

T=E*U/P(ore),

UndeE - capacitatebaterii,U - tensiunebaterii,P - puterea de sarcinătoate dispozitivele conectate.

O metodă rafinată pentru calcularea timpului de rezervă al sursei de alimentare neîntreruptibilă

Pentru a clarifica calculul timpului de rezervă, se introduc suplimentar coeficienți speciali: randamentul invertorului, coeficientul de descărcare a bateriei, coeficientul de capacitate disponibilă în funcție de temperatura ambiantă.

Luând în considerare acești coeficienți, formula de calcul ia următoarea formă.

T=E*U/P*KPD * KRA * KDE(ore),

unde KPD (eficiența invertorului) este în intervalul 0,7-0,8,

KRA (raportul de descărcare a bateriei) este în intervalul 0,7-0,9,

KDE (raportul capacității disponibile) este în intervalul 0,7-1,0.

Coeficientul de capacitate disponibil are o dependență complexă de valoarea temperaturii și viteza de aplicare a sarcinii. Cu cât temperatura aerului este mai rece, cu atât raportul de capacitate disponibilă este mai mic. Cu cât energia bateriei este consumată mai lent, cu atât coeficientul de capacitate disponibil este mai mare.

Tabele gata făcute cu valorile timpului de rezervă pentru sistemele de alimentare neîntreruptibilă din seriile SKAT și TEPLOCOM

Este necesară o baterie externă de 12 volți

Tabelul timpilor de rezervă aproximativi

Necesită două baterii externe de 12 volți

Tabelul timpilor de rezervă aproximativi

Necesita 8 baterii externe cu o tensiune de 12 volti

Linie de mărci UPS S.K.A.T.Și TEPLOCOM oferă posibilitatea de a organiza o sursă de energie fiabilă și neîntreruptă consumatorilor de diferite capacități și scopuri. Sursele de alimentare neîntreruptibilă fac posibilă organizarea alimentării neîntrerupte de la un cazan mic de încălzire sau o pompă de circulație până la alimentarea întregii locuințe sau birou. UPS-urile specializate fac posibilă organizarea alimentării neîntreruptibile pentru obiecte deosebit de importante, cum ar fi sistemele de comunicații, echipamentele de comunicații, sistemele de securitate și control.

Cum să măresc timpul de rezervă de încărcare?

Există mai multe modalități de a crește timpul de rezervă de putere a sarcinii utile. Toate aceste metode rezultă din formula de calcul a timpului de rezervă.

Pentru a crește timpul de rezervă, puteți crește capacitatea bateriilor externe, puteți reduce sarcina utilă și puteți crea condiții optime de funcționare pentru UPS și baterii.

Prima varianta- cel mai simplu, dar cel mai scump. Pentru a crește capacitatea bateriei, va trebui să cumpărați baterii mai scumpe și un UPS care să le permită să fie încărcate eficient. Pe lângă costul echipamentului, va trebui să alocați și o încăpere specială concepută pentru depozitarea și funcționarea bateriilor, dotată cu un sistem de ventilație bun.