Бесперебойник с чистым синусом своими руками

Бесперебойник своими руками. ИБП, UPS сделать самому. Синус, синусоида. Источник бесперебойного питания

Как сделать бесперебойник самому? Чисто синусоидальное напряжение на выходе, пригодное для питания любых приборов. (10+)

Как сделать ИБП с синусоидальным выходом самому

Стоит ли самому собирать ИБП?

Имеет ли смысл собирать ИБП самому? Не знаю. В продаже есть киловаттные бесперебойники за 30 т. р. Эти изделия однозначно более высокого качества, надежности и энергоэффективности, чем самодельный. Стоимость самодельного, если собирать его из готовых блоков, получается в районе 20 т. р. Я собирал его тогда, когда еще в продаже ничего подобного не было. В любом случае, делюсь опытом. Мой UPS отлично работает уже 8 лет. Учтите, что это устройство постоянного функционирования. Он не выключается, когда есть напряжение в сети, а работает постоянно. Так что он реально проработал беспрерывно восемь лет. Изменить схему так, чтобы он автоматически выключался и включался, если это Вам нужно, не составит труда для специалиста, способного его собрать. Я использую именно непрерывно работающее устройство потому, что у меня в доме есть несколько критических по электроэнергии потребителей: компьютеры, сервер, система ‘умного дома’. При переключении с сети на питание от аккумулятора возникает скачок напряжения, который недопустим.

Источник бесперебойного питания можно целиком собрать самому, тогда стоимость деталей к нему составит 10 т. р.

Вашему вниманию подборка материалов:

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Что можно питать от бесперебойника?

В моем доме от данного изделия запитана система ‘умного дома’, освещение, циркуляционный насос системы отопления, дизельный котел, насос водоснабжения, компьютеры и телевизор. Все это, конечно, не работает одновременно. В среднем потребление не превышает 100 Ватт (освещение у меня все сплошь энергосберегающее, оборудование тоже высокого класса энергетической эффективности). Бывают и пики потребления. ИБП рассчитан на максимальную мощность 1 кВт, что достаточно для моих целей. Выходное напряжение — синусоида. Это позволяет питать практически любую бытовую нагрузку допустимой мощности. КПД источника бесперебойного питания при нагрузке 200 Вт составляет 70%.

Схема UPS и пояснения

Схема приведена на рисунке. Импульсный блок питания на 28.8 В, 50 А покупной. Хотя его, конечно, можно собрать самому. Собираюсь вскорости выложить схему, Подпишитесь, чтобы не пропустить. Важно, чтобы этот блок был с высоким КПД и выдавал ровно 28.8 В. Это напряжение позволяет подключать аккумуляторы непосредственно к источнику питания, без каких-либо переходников. Стабильное напряжение 28.8 В полностью заряжает два соединенных последовательно автомобильных свинцовых кислотных аккумулятора, поддерживает их в заряженном состоянии, компенсируя саморазряд, но не перезаряжает их. Аккумуляторы должны быть подключены к источнику питания именно так, как показано на схеме, на минимальном расстоянии от блока питания, чтобы падение напряжения на проводниках при больших токах не влияло на их работу.

Обратите внимание, чтобы при отключенном сетевом напряжении блок питания не потреблял энергию от аккумулятора. Часто встречаюсь с такими блоками, у которых вентилятор запитан от выходных клемм. Тогда при выключении питания вентилятор будет работать от аккумуляторов и сажать их. Такой блок надо переделать, запитать вентилятор по другой схеме. Имейте в виду, что вентиляторы — самый уязвимый элемент во всей конструкции. Именно они ломаются, а их остановка приводит к перегреву и выходу из строя других элементов. Я использую блоки с массивными охлаждающими радиаторами, без вентиляторов. Это и позволило беспрерывно эксплуатировать устройство много лет.

Инвертор тоже покупной, выдает меандр (прямоугольник) с амплитудой 310 В, коэффициентом заполнения 1 / (корень из двух). Такое напряжение производители почему-то называют модифицированной синусоидой. Отработанную схему самодельного инвертора тоже скоро опубликую.

Все низковольтные соединения нужно делать достаточно толстым проводом минимальной длины. Ток по этим цепям может импульсно достигать 100 А. Я использовал медный многожильный провод 12 мм. Особенно обратите внимание на присоединение проводов к аккумуляторам. В местах этих соединений могут образовываться отложения оксидов, которые имеют высокое сопротивление и будут препятствовать надежной работе устройства.

Недостатком самодельного ИБП является низкий КПД при низких нагрузках. Бесперебойник на холостом ходу, то есть без нагрузки, потребляет около 100 Ватт. Без всякой нагрузки UPS сажает аккумуляторы за 35 часов.

Не следует соединять аккумуляторы параллельно. При больших нагрузках, а здесь нагрузки большие, не удается обеспечить, чтобы параллельно соединенные аккумуляторы нагружались одинаково. Виной тому разные сопротивления проводов и мест контакта на клеммах. Таким образом, работать будет только один аккумулятор из всех, он и выйдет очень быстро из строя.

Эксплуатация и обслуживание источника бесперебойного питания

Не забудьте регулярно следить за уровнем электролита в аккумуляторах. Больше ничего особенного делать не надо.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.

Резонансный фильтр, преобразователь меандр — синус, синусоида. Отзыв, .
Практический опыт повторения конструкции преобразователя меандра в синусоиду на .

Зарядное устройство. Импульсный автомобильный зарядник. Зарядка аккуму.
Схема импульсного зарядного устройства. Расчет на разные напряжения и токи.

Инвертирующий импульсный преобразователь напряжения, источник питания.
Как работает инвертирующий стабилизатор напряжения. Где он применяется. Описание.

Изготовление дросселя, катушки индуктивности своими руками, самому, са.
Расчет и изготовление катушки индуктивности, дросселя. Типовые электронные схемы.

Источник

Разработка маломощного резервного источника питания с синусом на выходе. Часть 1. Постановка задачи

Источники бесперебойного питания (ИБП) нашли широкое применение, как в быту, так и в промышленности. Они призваны обеспечить необходимым питанием оборудование из резервных источников в случае «пропажи» основного питания. Резервными источниками в таких ИБП в основном служат аккумуляторы. Поэтому эти ИБП обеспечивают питанием оборудование ограниченное время, от нескольких минут до пары тройки часов. В продаже имеется огромное количество подобного оборудования, как говорится, на любой вкус и цвет «карман», с различными характеристиками и разнообразными функциями.

Рассмотрим сферу применения в быту.

В каждом доме имеется холодильник. Основные модели используют компрессор, приводимый в действие двухполюсным однофазным асинхронным электродвигателем. Мощность бытовых холодильников 100-200 Вт. Пропадание основного питания (а-ля 220 вольт) на несколько часов может привести к размораживанию холодильника. Это не критично, но неудобно. Но обычный компьютерный ИБП здесь не поможет: двигатель компрессора не обрадуется форме напряжения, предоставляемого таким ИБП. Для такого рода потребителям необходим синус на выходе ИБП.

Пример, скажем честно, самый реальный, но не самый необходимый для применения ИБП.

Частный дом, система отопления, циркуляционный насос. Те же проблемы. Современные газовые котлы в основе своей имеют его в своей конструкции. При пропадании электропитания от компьютерного ИБП тоже работать особо не хотят. Правда, пару часов пережить можно и без электричества и работающего котла, благо дом за пару часов не остынет до отрицательных температур.

Продолжим искать применение ИБП с синусом на выходе в быту.

Такой же частный дом, циркуляционный насос в системе отопления, но сама система отопления не на газу, а на дровах. Вот значит вы после работы растопили печурку и греете дом, насос качает жидкость по трубопроводам системы отопления. БАЦ! Отключили электроэнергию. Котел начал дико перегреваться, из-за отсутствия циркуляции, но ведь это не вентиль газовый перекрыть, печку тушить придется, в прямом и переносном смысле. А если бы был ИБП, то спокойно за часик полтора можно было протопить печку и дальше ждать, пока горэлектросеть не восстановит снабжение природным газом электричеством. Уже реальнее. Далее.

Деревня, есть природный газ, есть напольный котел типа АОГВ-11,6-3. Вот его описание: предназначен для электронезависимых автономных систем отопления домов, дач площадью до 110 кв.м. Значит для его работы электричества не нужно. А вот для циркуляции теплоносителя используется циркуляционный насос. Отсутствие электричества на работе котла никак не сказывается, а вот из-за отсутствия циркуляции вода в котле начинает кипеть и её выдавливает через расширительный бак со всеми вытекающими последствиями. Так что в такой ситуации приходится выключать котел. Но если хозяев нет дома, или это происходит в ночное время?

Вот для такого конкретного случая и понадобился ИБП с синусом. Разрабатывать полноценный ИБП для такой задачи нет смысла. Если время перехода с сети на резервный источник будет составлять 5-10 секунд, ничего критичного не произойдет, как с системой отопления, так и с самим насосом.

Из всего вышесказанного и вытекает задача: разработать маломощный резервный источник питания 220 В, 50 Гц с синусом на выходе.

Предисловие

Обратимся к рынку и изучим имеющиеся предложения. Для этого зададимся некоторыми критериями к выбираемому оборудованию. Запросы будут скромные.

• Мощность – 200 Вт,
• «Чистый» синус на выходе,
• Ну и… хватит.

Гугл по запросу «ИБП 200 Вт с синусом» результатами не порадовал. Практически первая же ссылка рассказывает о расчете и подборе ИБП к газовому котлу отопления. Правде, цена на ИБП не радует глаз, особенно если взглянуть еще на аккумуляторы, которые в комплект к ИБП не входят — вообще грустно становится. По остальным ссылкам такая же история, что не радует обычного смертного представителя среднего класса.

Введение

На рынке представлено множество различных ИБП, зачем что-то разрабатывать? Ответов на этот вопрос несколько:

• Цена предлагаемых устройств пусть и не заоблачная, но все-таки высокая,
• Функция «чистого» синуса стоит дороже и встречается далеко не повсеместно,
• Понять принцы построения таких систем,
• Набраться опыта в проектировании, разработке силовой электроники,
• Опыт в программировании МК
• Каждый может продолжить список для самомотивации…

Про цену разработанного устройства пока умолчим, так как пока конкретных «цифирек» нет. Но после испытаний устройства подсчитаем все затраты на расходные материалы.

Исходные данные

Начнем с необходимых расчетов. Прикинем мощность, которую РИПу необходимо отдавать в нагрузку, время автономной работы и т.д. Приступим.

Нагрузкой у нас будет выступать циркуляционный насос. Посмотрим на распространенные модели на рынке. Вот что выдал гугл: ссылка на характеристики циркуляционных насосов.

Для домов небольшой площади до 100 кв.м используются насосы мощностью до 100 Вт. Причем редко кто использует третий мощностной режим насосов. Так что остановимся на 60 Вт потребляемой мощности. Вот от этой мощности и будем отталкиваться при расчетах.

Напряжение на выходе РИПа 230 В. Мощность 60 Вт. Следовательно, ток составит I=P/U=60/230=260 мА.

Теперь зададимся КПД преобразователя 12 В DC -> 230 В АС в районе 90%, тогда при напряжении питания от АКБ в 12,4 Вольта ток потребления с АКБ составит:

Вот на эти цифры будем опираться, как при выборе радиоэлектронных компонентов, так и при изготовлении печатной платы.

Структурная схема РИПа

Для преобразователя 12->220 в основе своей применяется схема повышающего ИИП. То есть с помощью импульсного повышающего трансформатора получают 310 Вольт постоянного напряжения, а дальше мостовой схемой, управляемой синусоидальным шимом и LC фильтром, получают «чистый» синус 220 вольт на выходе. В данном подходе используется множество компонентов от интегральных микросхем до высокоскоростных диодов и т.д. Как-никак импульсная схемотехника.

Для данного РИПа с его ничтожной малой мощностью можно пойти немного другим путем.

С так называемого звена постоянного тока, которым в нашем случае будет шина АКБ, то есть 12 вольт, через мостовую схему, управляемую синусоидальным шимом, подать на первичную обмотку обычного линейного сетевого повышающего трансформатора. Со вторички снять уже необходимые 220 вольт синусоидального напряжения. Благо для такой мощности и габариты трансформатора будут не большие. Сам трансформатор послужит фильтром и сгладит форму напряжения почти до узнаваемого синуса. А если между мостом и первичной обмоткой трансформатора поставить низкоимпедансный LC фильтр, то можно получить форму напряжения на выходе трансформатора очень близкую к синусу.

Получается примерно такая схема.

Картинка кликабельна

В данной примерной схеме компоненты взяты для показа основной мысли схемотехники РИПа, и их номиналы не соответствуют расчетам, которые мы будем производить ниже. Сама схема усложнится по мере проектирования устройства.

Во время, когда насос работает от РИПа, АКБ разряжается, и после перехода с РИПа на сеть есть смысл заряжать АКБ до номинальной емкости. Когда «электричество присутствует в розетке», то насос работает от сети, а выходную схему РИПа можно использовать для зарядки АКБ. То есть на вторичную обмотку трансформатора (она же высоковольтная) подать напряжение сети, а с первичной обмотки (она же низковольтная) снять переменное напряжение, выпрямить на диодном мосту, сгладить конденсатором и заряжать им АКБ. Рассмотрим изменения, которые необходимо внести в схему для такого подхода.

Картинка кликабельна

То есть пока есть напряжение в сети, реле подтянуты, и сетевое напряжение через контакты реле поступает в нагрузку, а также на высоковольтную обмотку трансформатора. Далее с низковольтной обмотки снимается напряжение. Напряжение выпрямляется паразитными диодами транзисторов (для правильности стоит указать, что в реальной схеме мы их использовать не будем, установим параллельно транзисторам внешние быстродействующие диоды на необходимый ток), сглаживается конденсатором и через P-канальный транзистор, управляемый схемой управления на МК, закачивает необходимый зарядный ток в АКБ через сглаживающий дроссель.

Когда электроэнергия «кончится» в сети, реле разомкнуться, и схема будет работать в обратном порядке. Из 12 вольт АКБ через мост транзисторов, фильтры и трансформатор напряжение будет подводиться к нагрузке.

Для того, чтобы не лепить синхронизацию с сетью и т.д. для практически мгновенного перехода с АКБ на сеть и обратно, банально, при пропаже сети, обесточится нагрузка, разомкнуться реле, схема подготовит все и всех для работы от АКБ и начнет генерить напряжение в нагрузку. При восстановлении сети схема остановит генерацию напряжения, убедится, что все хорошо, и замкнет реле для перехода на сеть и зарядки АКБ. Функции схемы управления обрисуются в процессе разработки.

Структурную схему и основной принцип работы РИПа разобрали и на этом позитивном настроении приступим к расчетам необходимых компонентов схемы и выбору аппаратной платформы, как для «мозгов» устройства, так и для силовых элементов. Правда уже в следующей статье.

Недавно я опубликовал на Хабре цикл статей под названием «Измерение веса полезных ископаемых в горнорудной промышленности». Но видно просчитался с целевой аудиторией Хабра, так что разработку РИПа публикую здесь на Geektimes. Если кому интересно почитать предыдущие мои публикации, то оставлю здесь ссылки на данный материал:

Заключение

В следующих частях мы рассмотрим расчеты разрабатываемого РИПа, подготовим электрическую схему устройства, выберем аппаратную платформу, разработаем топологию печатной платы для РИПа. Произведем разбор функций устройства, напишем программы для МК, проведем полный цикл наладки и испытаний устройства на оборудовании, а также сдадим все это реальному заказчику.

Источник