Главная arrow Каталог продукции arrow Источники питания arrow Источники бесперебойного питания с применением NiCd и NiMh АКБ
Главное меню
Главная
О компании
Новости
Каталог продукции
Спецоборудование
Производство
Ремонт
Партии продукции
Контакты
English version
Поиск по сайту
Любой бетон купить www.vnukovoabz.ru.
Самая свежая информация денисова дарина тут.
Источники бесперебойного питания с применением NiCd и NiMh АКБ

Image
Источник бесперебойного питания
Источники бесперебойного питания с использованием NiCd и NiMh аккумуляторных батарей на данный момент являются самыми дорогими в изготовлении и обслуживании. Это связано с тем, что зарядные устройства для этих аккумуляторных батарей (АБ) наиболее сложные. Кроме того NiMh и особенно NiCd АБ требуют периодического обслуживания – проведения контрольно тренировочных циклов (КТЦ). В противном случае параметры батареи быстро ухудшаются, и они уже не обеспечивают заданного времени работы. Поэтому источники бесперебойного питания с использованием NiCd и NiMh аккумуляторных батарей практически не используются в бытовых устройствах. Однако есть преимущества: работоспособность при низких температурах и способность к быстрому заряду (NiCd АБ можно зарядить за несколько десятков минут). Поэтому они на данный момент не заменимы в применениях специального назначения.

Ниже рассмотрен источник аварийного питания, предназначенный для использования в составе источника бесперебойного питания с постоянным рабочим напряжением 300В, и обеспечивающим питание нагрузки мощьностью до 1,7кВт при исчезновении основного питания.

Источник аварийного питания (ИАП).

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИАП

Число АМ 10
Входное напряжение, В 250–350
Максимальный ток потребления (быстрый заряд), А 2,5
Выходное напряжение, В 300
Отклонение выходного напряжения, В ±10
Номинальная мощьность нагрузки, Вт 1200
Максимальная мощность нагрузки, Вт 1700
Время работы на нагрузку 1200Вт не менее, мин 18
Максимальное время заряда в аварийном режиме не более, час 1,5
Выбор режима заряда автоматический принудительный
Проведение КТЦ автоматически
Диагностика АБ автоматически

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АМ

Батарея аккумуляторная NiCd 12B 5Ач
Входное напряжение 250-350В
Средний ток потребления:  
Быстрый заряд 240мА (при 300В)
Стандартный заряд 40мА
Поддерживающий заряд 18мА
Выходное напряжение:  
Номинальное 12В
Максимальное 15,1В (в конце заряда)
Напряжение «скорый разряд» 10,6В
Напряжение «АБ разряжена»
Максимальный ток нагрузки 10А, 20А, 30А (три варианта исполнения)
Время работы на нагрузку не менее 18 мин. (на нагр. 10А)
Ток заряда:  
Быстрый заряд 4,2А
Стандартный заряд 0,5А
Поддерживающий заряд 120мА
Ток разряда 0,5А
Время заряда:  
Быстрый заряд не более 1,5часов
Стандартный заряд 16часов
Напряжение управления (сухие контакты):  
Минимальное 15В
Максимальное 30В
Индикация (сухие контакты):  
Максимальное напряжение 35В
Максимальный ток - 50мА (оптопара PC 817)

Источник аварийного питания состоит из:

  • Десяти равноценных аккумуляторных модулей (AM)
  • Схемы коммутации AM в единую силовую цепь
  • Системы общей сигнализации
  • Нормирующего выходного преобразователя

Каждый аккумуляторный модуль содержит:

  • Аккумуляторную батарею (АБ)
  • Зарядно-разрядное устройство
  • Систему контроля АБ и управления зарядно -разрядным устройством
  • Систему местной сигнализации
  • Выходной коммутатор

Image
Структурная схема системы аварийного питания

Image
Структурная схема АМ

АБ разделена на десять равных частей. *

*(Время проведения одного контрольно-тренировочного цикла (КТЦ) занимает примерно 26 часов. Это 10 часов разряд и 16 часов заряд. Заряд и разряд осуществляются малыми токами. При малых токах параметры батареи лучше восстанавливаются, меньше выделяется тепла. Для полного восстановления параметров требуется в среднем 2–3 КТЦ. Т.О. на проверку и восстановление параметров всех десяти АБ уйдет от 10 дней до 1 месяца. Проводить КТЦ реже, чем 1 раз в месяц не рекомендуется, т. к. через месяц параметры аккумулятора, находящегося в постоянной готовности к использованию, начинают ухудшаться. Сокращение ресурса АБ при этом составит всего 36 циклов в год. Однако без проведения восстановительных КТЦ срок службы аккумуляторов сокращается в среднем до 1 года или до 50–100 циклов разряда, при возможном числе циклов разряда 500–1000, а, при принятии специальных мер, которые будут описаны ниже и еще больше.)

Каждая часть помещается в свой AM, включающий в себя кроме NiCd аккумуляторной батареи с номинальным напряжением 12В и емкостью 5 Ач, схему контроля и управления (СКУ), зарядно-разрядное устройство (ЗРУ), выходной коммутатор и схему сигнализации (С С). Каждый AM может самостоятельно заряжать, разряжать и контролировать состояние АБ, входящей в его состав.

В схеме коммутации производится последовательное соединение АБ, входящих в состав модулей. Коммутационная панель устроена таким образом, что при выходе из строя или просто удаления одного или нескольких AM в любой момент, даже при работе на нагрузку питание НП не прерывается. Сумарное выходное напряжение со схемы коммутации, меняющееся в процессе работы почти в 1,5 раза, стабилизируется и приводится к требуемой величине 300В в нормирующем преобразователе. Схема общей сигнализации и управления занимается:

  • сбором информации с каждого AM, ее обработкой и выдачей на информационное табло и в цепь внешней сигнализации.
  • управлением контрольно-тренировочными циклами.
  • передачей команд в AM по сигналам внешнего управления.

В каждом AM имеются свои схемы заряда и разряда АБ, формирующие стабильные токи. Управление процессами заряда и разряда осуществляются микропроцессором, входящем в состав системы контроля АБ и управления зарядно-разрядным устройством, на основе постоянно измеряемых параметров АБ (напряжение, температура, внутреннее сопротивление), данных предыдущего контрольно-тренировочного цикла (разрядная емкость, емкость закаченая в АБ) по сигналам получаемым от схемы общей сигнализации и управления. Кроме того система контроля АБ следит за напряжением на АБ при работе ее на внешнюю нагрузку и при разряде АБ ниже допустимого предела производит выключение выходного коммутатора исключая данный AM из общей цепи. AM обеспечивает проведение в автоматическом режиме или по внешним командам:

  • Циклов стандартного заряда (14 часов)
  • Циклов быстрого заряда (1,5 часа)
  • Циклов разряда

Алгоритм работы системы резервного питания. Из десяти AM один находится в режиме КТЦ, а девять AM в постоянной готовности к использованию (в заряженном состоянии под током компенсирующим саморазряд АБ). Нормирующий преобразователь при этом подпитывается от входного напряжения через дополнительный, встроенный в НП источник с маленькой ограниченной мощностью и напряжением превышающем напряжение АБ. Потребление от АБ отсутствует. При аварийной ситуации (исчезновение питающей сети) НП начинает отбирать энергию от АБ. AM, находившейся в режиме КТЦ, прекращает разряд, если он находился в этом состоянии, оставаясь включенным в общую цепь для увеличения времени работоспособности системы. Т.К. на момент аварии питающей сети этот AM может находиться в любом состоянии, от полностью заряженного до полностью разряженного, энергоемкость AM рассчитана, исходя из необходимости обеспечения питанием оборудования девятью AM. (Реально, при положительной температуре окружающей среды, энергообеспечение может осуществляться семью аккумуляторными модулями).

По достижении минимально допустимого напряжения на АБ система контроля выключает ее из общей цепи. Тем самым исключается возможность выхода АБ из строя в результате переразряда. Коммутатор AM и схема коммутации устроены так, что выключение АБ происходит безобрывно (питание НП не прерывается). Работоспособность НП сохраняется вплоть до полного разряда трех AM. Кроме того имеется возможность «горячей» замены в любом из режимов работы. В аварийном режиме можно даже менять AM, подавшие сигнал о скором разряде, на запасные заряженные модули, если требуется время работы больше заданного. После аварийной ситуации, как только питающая сеть будет восстановлена, все модули автоматически включаются на заряд. Автоматически включается стандартный заряд, если температура не превышает допустимую для такого заряда. Если условия заряда удовлетворяют «быстрому» заряду (напряжение на АБ, и температура АБ),то заряд автоматически переходит в быстрый режим. По окончании заряда включается режим «поддерживающего» заряда. Дистанционно, при необходимости можно отключить заряд. Как только АБ во всех десяти модулях будут заряжены, схема общей сигнализации и управления считывает из каждого AM параметры АБ, и на основе этих данных, а также времени последнего проведения КТЦ, выбирается AM, в который подается команда на проведение КТЦ (параметры АБ сохраняются в энергонезависимой памяти). Проведение КТЦ можно запретить через схему местного или дистанционного управления.

По команде на проведение КТЦ в этом AM начинается разряд АБ. Разряд ведется до минимально допустимого напряжения. Если измеренная емкость и другие параметры удовлетворительны, включается 1б-ти часовой заряд, по окончании которого выбирается для КТЦ следующий наихудший AM. Если же параметры не удовлетворяют норме, включается программа восстановления. Если после восстановления параметры все равно неудовлетворительны, выдается сигнал о необходимости замены AM. После его замены, или если параметры стали в норме, для проведения КТЦ выбирается следующий AM.

AM, удаленный из ББП, если предполагается оставить его на хранение, автоматически разряжает входящую в него АБ (хранить NiCd аккумуляторы необходимо в разряженном состоянии). AM, предназначенные для «горячей» замены, необходимо иметь в заряженном состоянии. Эти AM хранятся подключенными только к сети 300В. При подключении автоматически производится заряд АБ, а по его окончании -поддерживающий «капельный» заряд. Через заданное время (порядки 1 месяца) AM выдает сигнал о необходимости проведения КТЦ. И если есть возможность, оператор включает КТЦ.

Таким образом, данная структура имеет следующие преимущества:

  • Превышение числа аккумуляторов над требуемым (обеспечивающим необходимую энергоемкость) всего 25%, вместо двойного запаса в стандартной дублирующей АБ схеме (меньше габариты и вес).
  • Источник находится в постоянной готовности. Нет необходимости в отключении аккумуляторной батареи для проведения КТЦ.
  • КТЦ проводятся автоматически, без участия оператора, с оптимальной частотой.
  • Имеется возможность «горячей» замены в любом режиме работы.

Особенности проведения заряда.

Особенностью примененного зарядного устройства является то, что заряд ведется реверсивными токами. За импульсом заряда идет импульс разряда, затем пауза в течение которой производится измерение напряжения на АБ. При такой форме тока происходит разукрупнение кристаллических структур, увеличивая рабочую поверхность электродов, и как результат снижение внутреннего сопротивления аккумуляторов.

  • Наличие паузы позволяет увеличить средний ток заряда. Поскольку в этод период на отрицательном электроде обеспечивается поглощение уже выделившегося кислорода, а на положительном, за счет снижения поверхностного потенциала, уменьшение его выделения.
  • Разрядный импульс приводит к еще большему снижению статического потенциала, обеспечивает более равномерное распределение процесса заряда по всей толщине электрода, а в конце заряда тормозит выделение кислорода.
  • Производство измерений в течение паузы, устраняет влияние на результаты измерений сопротивления проводников и переходных контактов. Благодаря повышению точности измерений снижается вероятность преждевременного отключения заряда или перезаряда АБ, как это часто бывает в ЗУ импортного производства. Если недозаряд приводит к снижению отдаваемой емкости, то перезаряд приводит к быстрому выходу АБ из строя.

Аккумуляторы при реверсивной форме тока значительно меньше нагреваются в процессе заряда, что дает возможность заряжать их большими токами, а следовательно и быстрее. Происходит частичное восстановление параметров деградировавших АБ (снижается внутреннее сопротивление, уменьшается «эффект памяти»,увеличивается срок жизни аккумуляторов).

Еще одной особенностью является алгоритм определения окончания заряда. За основу взят критерий прекращения заряда после того, как напряжение аккумулятора снизится на заданную величину после достижения максимума. Однако отключение только по этому признаку часто приводит к перезаряду аккумулятора. Рекомендуемые производителями аккумуляторов значения падения напряжения- 10мВ/элемент для NiCd и аккумуляторов. Однако при повышенной температуре окружающей среды или при токе заряда меньше чем 0,3С эти значения оказывются значительно меньше, а то и вообще падения напряжения не возникает. Снижение же порога приводит к преждевременному выключению. Поэтому в дополнение к контролю за падением напряжения на заданную величину после достижения максимума микропроцессор вычисляет производную напряжения по времени dU/dt и по ее значению, а также на основе данных о времени заряда и напряжения на АБ производит прекращение заряда. Кроме того имеются стандартные методы прекращения заряда по таймеру, по температуре, по предельному напряжению. Совмещение всех этих критериев прекращения заряда приводит к повышению надежности определения момента окончания заряда. В нашем зарядном устройстве отсутствует недозаряд или перезаряд аккумуляторов в отличие от зарядных устройств, построенных на контроллерах импортного производства.

Очень важным параметром, по которому можно оценить качество АБ является внутреннее сопротивление. Использование реверсивных токов позволяет непрерывно даже в процессе заряда контролировать этот параметр (активную составляющую внутреннего сопротивления). Знание внутреннего сопротивления АБ позволяет спрогнозировать поведение АБ под нагрузкой и скорректировать минимально допустимое напряжение разряда. (Очень частой является ситуация когда аккумулятор имеет допустимую емкость, однако из-за повышенного внутреннего сопротивления работоспособность системы оказывается значительно меньше расчетного времени. Аккумуляторы оказываются недоразряженными, вновь ставятся на заряд. При этом их деградация еще больше увеличивается. Происходит лавинообразное ухудшение параметров АБ).

Последнее обновление ( 17.05.2007 г. )
 
« Пред.   След. »



Полезное
Статьи
Книжный магазин
Вопросы и ответы
Вакансии
Ссылки
Карта сайта
Статистика

RTU.ru - каталог российских предприятий
Rambler's Top100
CAXAPA.РУ - Профессиональный портал по электронике
Ландшафтный-дизайн dryad-s.ru.
ООО «Мегарон», 1994-2017; © GinDesignGroup, 2007-2017