Výpočet baterie pro UPS. Jak vypočítat životnost baterie UPS? Výpočet výkonu UPS. Přibližný výkon některých elektrických spotřebičů

Chcete-li provést výpočet doby běhu bloku nepřerušitelné napájení PROTI offline režimu, použijte průměry pro většinu UPS. Například čas výdrž baterie při plné zátěži se pohybuje od 4 do 8 minut s klesající zátěží se toto období zvyšuje ve stejné progresi. Nebo se můžete vyhnout výpočtům a použít speciální tabulky, které definují časové měřítko pro všechny Typy UPS s rozdělením podle výkonu v zátěžích a kapacitě vestavěných baterií. Mělo by být zřejmé, že jsou uvedeny pouze průměrné údaje, které výrobci vypočítají jako odhady.

U většiny jsou uvedeny zejména časové parametry ideální podmínky Provoz UPS, včetně v teplotní podmínky 20-25 °C. Ve skutečnosti se však provozní podmínky mohou výrazně lišit, což také ovlivňuje účinnost baterií nepřerušitelného napájení.

Aby bylo možné co nejpřesněji určit časovou periodu autonomie baterie a UPS, je nutné vzít v úvahu mnoho parametrů, které se v každém konkrétním případě liší. Pro získání údajů o zjednodušené přibližné životnosti baterie UPS by měl být použit speciální vzorec:

E - indikátor kapacity baterie (Ah)

U - indikátor napětí baterie (V)

P - Indikátor napájení instalace zátěže UPS (W)

Životnost baterie UPS závisí do značné míry na úrovni jejího výkonu a hlasitosti baterie. Mezi nejnáročnější zátěže patří regulační obvody pro topné kotle, servery, komplexní laboratorní zařízení pro provádění cyklických experimentů, ale i různé lékařské vybavení. Mimochodem, právě kombinace těchto dvou vlastností umožňuje flexibilně se přizpůsobit toto zařízení na širokou škálu podmínek díky existenci modelů s různými poměry.

Zde můžete jasně zhodnotit rozmanitost modelů

Důležité! Aby bylo možné provést co nejkompetentnější výpočty autonomního provozu UPS z dobíjecích baterií pro takové spotřebitele, měla by být provedena sleva ve výše uvedeném vzorci pro:

• Účinnost měniče, jejíž hodnota se pohybuje v rozmezí 0,75 - 0,8,
• počet baterií v jednom zařízení
• stupeň opotřebení baterie
• hloubka vypouštění - 0,8 - 0,9

Kromě toho se kapacita také snižuje v závislosti na zvýšení teploty v místnosti - 1 stupeň po 40 ° C - o 5%. Odborníci obecně doporučují po 25 °C snížit výkon zátěže zdroje nepřerušitelného napájení o 20 % na každých deset následujících teplotních bodů.

Abyste mohli UPS používat co nejdéle, doporučuje se, abyste při výběru zařízení věnovali pozornost jeho další funkce. Zejména připojení přídavných nabíjecí desky nebo stabilizátor. V důsledku využití těchto příležitostí můžete výrazně zvýšit výkon UPS, což v budoucnu přinese dobré úspory. V tomto případě je lepší pověřit specialisty, aby provedli individuální výpočet konfiguračních parametrů UPS.

Trochu teorie

Pro výpočet provozní doby zdroje nepřerušitelného napájení (UPS) s jakoukoliv zátěží potřebujete znát kapacitu baterie, která je vyjádřena v ampérhodinách (A*h). V charakteristikách UPS však obvykle zapisují nikoli ampérhodiny, ale voltampéry (V*A), tedy výkon. Ale to není jen síla, ale ideální výstupní výkon, vynalezený obchodníky. Klíčové slovo zde - "ideální". Tedy jeden takový skutečný svět nemůže být. Označme to jako Pideal.

Poctivější výrobci uvádějí efektivní výkon, který se tradičně udává ve wattech. Označme to jako Efektivní . Efektivní výkon se získá z ideálního výkonu vynásobením účiníkem:

Efektivní = k * Pideal

Jaký je účiník? k ? Na výstupu UPS je instalován invertor, který převádí 12V dodávaných z baterie na 220V potřebných pro napájení připojených zařízení. Protože výstupní proud je střídavý, ztráta výkonu je 1/sqrt(2)=0,70. Navíc z tohoto výkonu vyloučíme napájení samotného obvodu UPS a dostaneme koeficient přibližně rovný 0,6.

Například běžná kancelář nepřerušitelný zdroj napájení APC Inteligentní UPS 500 má výkon 500 VA. Tento perfektní energie, kterou může zajistit baterie nainstalovaná uvnitř UPS.Účinný výkon bude podle našeho vzorce a koeficientu pouze 0,6 ideálního, tedy 300 W.

Nyní otázka. Proč jsme nejprve psali voltampéry a pak začali psát watty? Oba jsou jednotky síly. Tradičně se ideální výkon zapisuje ve voltampérech a efektivní výkon se zapisuje ve wattech. Ale to jsou veličiny stejné dimenze.

Výpočet provozní doby zařízení

Nyní pochopíme, jak vypočítat provozní dobu zařízení napájeného UPS. Máme například spravovaný router Cisco, který má spotřebu 50 wattů. Co znamená spotřeba 50 W? To znamená, že za hodinu vydá za svou práci 50 W výkonu. To znamená, že ve skutečnosti bychom měli psát 50 W/h. Označme toto množství jako Dpower (příkon - spotřeba).

Naše UPS má rezervu efektivní moc pouze 300W. To znamená, že pokud zařízení spotřebuje 50 W/h, bude naše UPS stačit pro:

300 W / 50 W/h = 6 h

To znamená, že vzorec pro výpočet času bude vypadat takto:

T = Efektivní / Dvýkon

Tedy pokud Dpower bude v rozměru š/v, pak bude čas v hodinách.

A na závěr malý nesmysl

Při pohledu na rozměry výkonu (volt*ampér) si vybavíme vzorec pro elektrický výkon ze školního kurzu fyziky:

P = U*I

Kde:

• P je výkon baterie, vyjádřený ve voltampérech (V*A),
• V je napětí baterie, vyjádřené ve voltech (V),
• I je proud generovaný baterií, vyjádřený v ampérech (A).

Nyní, když víme, že zdroje nepřerušitelného napájení obvykle obsahují baterie s napětím 12 V, můžeme zjistit proudovou sílu, kterou baterie může poskytnout:

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

Páni, 41,6 A! Co je to za proud? Toto je normální proud. Je to prostě aktuální zkrat, když neexistuje žádný odpor a proud se vypočítá na základě ideálního výkonu. Ale nezkratujete baterii, připojíte zátěž k UPS.

29. března 2016

Přesný výpočet životnosti baterie pomocí matematických výpočtů není triviální úkol. V tomto ohledu jsme tento úkol zjednodušili implementací výpočetního algoritmu do kalkulaček:

Podívejme se však na přístupy k určení výdrže baterie.

1) Jednoduchý vzorec

T = E U / P

• E - kapacita baterie v Ah
• U - napětí
• P - zátěžový výkon ve W.

Jedná se o velmi zjednodušený vzorec, který poskytuje velmi přibližný výsledek pro výboje v rozmezí 5-15 hodin. Vhodné pro rychlý odhad doby autonomie ve vaší hlavě. Algoritmus nezohledňuje pokles výdeje energie baterie při krátkých vybitích a nárůst při dlouhých vybitích, stejně jako různé koeficienty.

Existuje vylepšený vzorec s koeficienty:

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

• T – životnost baterie zdroje nepřerušitelného napájení, h;
• Uab – napětí baterie, V;
• Kapacita baterie Sak, Ah;
• K – počet baterií v obvodu;
• h – účinnost měniče (h=0,75-0,9), často se mění v závislosti na zatížení;
• Kr – koeficient hloubky výboje 0,8–0,9 (80%-90%), je třeba uvažovat 80%;
• Кg – koeficient dostupné kapacity (závisí na režimu vybíjení a teplotě, viz charakteristika baterie)
• Rload – výkon zátěže.

Tento algoritmus poskytuje relativně přesné výsledky, ale pro dlouhodobé vybíjení 1 hodiny nebo více. Při krátkých vybitích mohou být výsledky značně zkreslené v důsledku funkce nelineárního vybíjení olověných akumulátorů. V článku jsme použili podobnou metodu.

2) Peukertův vzorec

T=Cp/I^n

• T – čas v hodinách
• Cp – Peckertova kapacita (kapacita baterie při vybití proudem 1A)
• I – vybíjecí proud
• n – Peukertův exponent

Peukertův exponent je někdy uveden v charakteristikách baterie a je vypočítán na základě údajů C-rating baterie (kapacita při různých dobách vybíjení). Kapacita Peukert se vypočítá podle vzorce – Ср=R(C/R)^n (R je hodnocení v hodinách odpovídající této kapacitě, např. 10).

Naše kalkulačky jsou založeny na tomto vzorci a berou v úvahu účinnost střídačů a hloubku vybití. Jsou s vysoká přesnost vypočítat dobu autonomie pro krátké i dlouhé výboje.

3) Výpočet pomocí tabulek ze specifikací baterií

Krok 1. Výpočet plný výkon při napájení z baterie

Rakb = (Pload*cos(φ)*Knagr)/účinnost inv

• Plload – výkon v kVA
• cos(φ) – charakteristika účiníku (zatěžovací charakteristika)
• Knagr – úroveň zátěže UPS
• KPDinv – koeficient užitečná akce střídač

Vezměme si například 120 kVA UPS pracující při 70% zatížení s účiníkem 0,8:

Rakb= (120 000*0,8*0,7)/0,94=71,489 W - je to tato zátěž, která dopadne na celou baterii, když Napájecí zdroj UPS z baterie.

Krok 2. Vypočítejte zatížení jedné baterie

Pojďme si přepočítat zátěž na jednu baterii. Zpravidla ve velkém UPS baterie zapojené do série v množství 32-40 ks. Pro výpočet zatížení jedné baterie se 40 bateriemi:

71 489 W/40 = 1 788 W.

Seznam údajů o baterii obvykle udává výkon na článek (Pel), kterých je 6 kusů. na 12V baterii. Proto:

Rel = 1788/6 = 298 W.

Krok 3. Studie tabulek vybíjení baterie a výběr.

V článku jsme se podívali na podtypy baterií v kontextu různého zamýšleného použití. Jeden z základní charakteristiky– jedná se o výdej energie, tzn. kolik energie je baterie schopna dodat za určitou dobu.

Podívejme se na vybíjecí tabulky 100Ah Delta baterií dvou různých řad.

Delta DTM 12100 l:

Delta HRL 12100:

Připomeňme, že naše zatížení prvku je 298W. Hloubka vybití – 10,8V nebo 1,80V na prvek. Z těchto tabulek tedy můžeme usoudit, že DTM 12100 l vydrží zátěž cca 13,8 minuty (lze vypočítat úměrně, zkreslení je minimální), Delta HRL 12100 - 16,3 minuty. rozdíl objednávky 15% . Mimochodem, cenový rozdíl je přibližně stejný.

4) Provádění skutečných výbojů

Ideální je samozřejmě provádět skutečné bitové testy. Vezměte prosím na vědomí, že se baterie nabíjejí maximální kapacita do 10. cyklu nabíjení-vybíjení.

Jmenovitý výkon zdroje nepřerušitelného napájení je jedním z nejdůležitějších technické parametry, což je třeba vzít v úvahu při výběru UPS. Nesprávný výpočet napájení UPS, minimálně povede k neustálému přetěžování zdroje nepřerušitelného napájení, což znamená, že nebude schopen plnit svůj hlavní účel - chránit zařízení. V nejhorším případě, pokud dojde k výraznému přetížení, může UPS samotná způsobit výpadek napájení kritické zátěže.

Výpočet výkonu UPS. Teorie.

Jmenovitý výkon zdroje nepřerušitelného napájení je určen na základě výkonu zátěže, která je k němu připojena. Zde máme na mysli zatížení celkový výkon všechny elektrické spotřebiče, ke kterým je plánováno připojení UPS. Proto je třeba správně vypočítat výkon zátěže a na základě výpočtu vybrat nepřerušitelný zdroj napájení. Důležité upřesnění: při výpočtu by se mělo vycházet jak z plného, ​​tak i činný výkon zatížení. Připomeňme si některá data ze školního kurzu fyziky.

Zdánlivý výkon (jednotka VA, VA - voltampér) je veškerý výkon spotřebovaný zátěží. Celkový výkon se skládá ze dvou složek – činného výkonu (jednotka W, W – Watt) a jalový výkon(měrná jednotka var, var – jalový voltampér). Naprostá většina zátěží má zpravidla aktivní i reaktivní složky.

– zátěž, při které se veškerá spotřebovaná energie přemění na teplo. Reaktivní složka takové zátěže je tak malá, že ji lze zanedbat. Mezi aktivní zátěže patří různá topná zařízení (topidla, topná tělesa atd.), žárovky, žehličky a elektrické sporáky. Výrobce elektrických spotřebičů zpravidla udává výkon takového zatížení ve wattech.

– všechna ostatní zatížení. Reaktivní zátěž může být indukční nebo kapacitní povahy. Typickým představitelem zátěže s reaktivní složkou, která je indukční povahy, je elektromotor. Celkový výkon elektromotoru P a činný výkon P a spolu souvisí koeficientem cos φ.

cos hodnotaφ je obvykle uvedeno v technickém listu výrobku.

Výpočet výkonu UPS. Metodologie.

Nejčastěji výrobci nepřerušitelných zdrojů napájení v technická specifikace Zařízení je indikováno celkovým a činným výkonem UPS. Méně často lze nalézt údaj o plném výkonu a hodnotě výstupního účiníku. V druhém případě lze činný výkon UPS vypočítat pomocí vzorce

Zde
P – plný výkon UPS
P a – činný výkon UPS
P F – výstupní účiník (uveden v technické specifikaci zdroje nepřerušitelného napájení)

Aby bylo možné vybrat podle síly požadovaný model nepřerušitelného napájení, je potřeba si spočítat celkový výkon elektrických spotřebičů, které plánujete připojit k UPS. Výpočet by měl být proveden pro činný i celkový výkon zátěže, to znamená, že nakonec byste měli získat dvě čísla - celkový výkon zátěže (ve voltampérech) a aktivní výkon zátěže (ve wattech). Algoritmus výpočtu je přibližně následující

1. Udělejte si seznam elektrického zařízení, které plánujete připojit k UPS.

2. Určete celkový výkon každého zařízení pomocí jedné z následujících metod

• Plný výkon udává výrobce v datovém listu zařízení.
• Pokud je činný výkon zařízení uveden v pasu, vypočítejte celkový výkon pomocí vzorce uvedeného níže.

Zde
P – celkový výkon zařízení
P a – činný výkon zařízení
cos φ – účiník (uveden v pasu zařízení). Pokud cos φ není v pasu uvedeno, pak pro výpočet vycházíme ze skutečnosti, že cos φ = 0,7. Pro aktivní zátěže (topidla, žárovky atd.) cos φ = 1.

3. Důležitá poznámka. Pokud se plánujete připojit k UPS elektromotor nebo elektrický spotřebič, který obsahuje elektromotor, pak při výpočtu výkonu je nutné vzít v úvahu rozběhové proudy. Jakýkoli elektromotor při zapnutí výrazně spotřebovává. více síly než ve jmenovitém provozním režimu. Proto, aby nedošlo k přetížení zdroje nepřerušitelného napájení, musí být jmenovitý výkon zařízení vynásoben alespoň 5, nejlépe 7.

4. Chcete-li získat celkový výkon vaší zátěže, sečtěte data získaná pro všechna zařízení.

5. Podobně vypočítejte činný výkon vaší zátěže. Pro výpočet činného výkonu použijte následující vzorec.

Výpočet výkonu. Pravidlo pro výběr UPS podle výkonu

Dostali jsme tedy dvě hodnoty výkonu naší zátěže – celkový výkon a činný výkon. Základní pravidlo pro výběr UPS podle výkonu je následující: jmenovitý výkon Nepřerušitelný zdroj napájení by měl být o 25 % větší než výkon vaší zátěže. Navíc by toto pravidlo mělo fungovat jak pro celkový výkon UPS, tak pro činný výkon. Samozřejmě si můžete vybrat UPS, jehož jmenovitý výkon je roven nebo o něco větší než výkon zátěže. Tato možnost je přijatelná a bude fungovat, ale životnost UPS zatížené na 100 % bude výrazně (několikrát) nižší než životnost UPS, jejíž zatížení nepřesahuje 80 % jmenovité zátěže.

Výpočet výkonu UPS. Přibližný výkon některých elektrických spotřebičů

Níže jsou uvedeny přibližné hodnoty spotřeby elektrické energie různých domácích elektrických spotřebičů.

Domácí spotřebiče.

TV - 80W.
Pračka– 500...2000 W.
Chladnička - 1000W.
Mikrovlnná trouba – 1000W.
Rychlovarná konvice – 2000W.
Elektrický sporák – 1000…2000 W.
Vysavač – 200…3000 W.
Žehlička – 400…2000W.
Domácí žárovka – 25…75W.
Zářivka pro domácnost – 5…30W.

Počítačová technika.

Síťový router, hub – 10…20 W.
Systémová jednotka osobní počítač– 200...1000 W.
Serverová systémová jednotka – 300…1500 W.
CRT monitor – 15…200 W.
LCD monitor – 20…60 W.