Мощный источник бесперебойного питания своими руками

Делаем мощный источник бесперебойного питания на базе стандартного UPS, подключив к нему два КАМАЗовских аккумулятора. Так же делаем автоматическую вентиляцию при переходе на автономный режим.

Такова уж действительность, что Российские электросети заставляют самих потребителей заботиться о стабильности получаемого электричества. В нашем случае необходимо решить две важные проблемы: большое падение напряжения (характерное для жаркого/холодного времени года, когда включаются кондиционеры/электронагреватели) и полное отключение электричества («выбивание» автоматов, аварии на подстанции и т.д.).

Если первая проблема легко решается установкой автотрансформатора, позволяющего получать на выходе стабильное напряжение 220 вольт, то вторая требует организацию системы бесперебойного питания, рассчитанную на большой период автономной работы.

Организовать бесперебойное снабжение дачного дома или гаража можно при помощи модернизации компьютерных ИБП (источник бесперебойного питания). После двух лет работы в любом ИБП деградируют внутренние аккумуляторные батареи. Иcточник бесперебойного питания с нерабочими батареями неоднократно наблюдались на радиорынке по символической цене в 1000 рублей.

Для большого времени автономной работы источник бесперебойного питания необходимо подключить к нему аккумуляторы большой емкости. Самым оптимальным вариантом будут стартерные аккумуляторы от автомобилей типа КАМАЗ — 140 АЧ. Так как в большинстве мощных источников бесперебойного питания применяются аккумуляторы общим напряжением 24 вольта, то нам понадобиться пара аккумуляторных батарей, соединенных последовательно. От состояния ваших батарей будет зависеть продолжительность автономного энергоснабжения.

В первую очередь достаем и выкидываем неисправную батарею. Для удобства подключения внешнего аккумулятора большой емкости нам необходимо сделать контактные зажимы (желательно красного и черного цветов, обозначающих плюс и минус соответственно). Для этого, на лицевой панелиисточника бесперебойного питания проделываем два отверстия, фиксируем контактные зажимы и припаиваем к ним провода, которые подходили к внутренней аккумуляторной батарее.

Продолжительный режим работы в состоянии преобразования энергии аккумулятора в напряжение 220 вольт сопровождается большим нагревом. Для предупреждения преждевременного выхода из строя решено установить на вентиляционную решетку два обычных вентилятора размером 80х80х25 мм.

Вентиляторы подключены последовательно. Для запуска вентиляторов в режиме преобразования используем светодиод, который обозначает работу источника бесперебойного питания от батареи. Припаиваем проводами выводы светодиода к обмоткам маленькой реле. К одному из контактов реле припаиваем провод от входящего плюса нашей аккумуляторной батареи. Ко второму – свободный красный провод вентилятора. Свободный черный провод вентилятора припаиваем к входящему минусу аккумуляторной батареи.

Все! Теперь, при переходе источника бесперебойного питания в режим работы от аккумуляторной батареи у нас автоматически будет включаться охлаждение.

Источник

Создание ИБП своими руками

Наиболее известны компьютерные источники бесперебойного питания (ИБП, или UPS). Обычного компьютерного бесперебойника хватает на несколько минут, необходимых для того, чтобы пользователь успел сохранить данные и завершить работу в штатном режиме. Вести речь о долговременном питании множества приборов потребления в данном случае бесполезно. Если необходимо обеспечить работу систем «умного дома», приборов отопления или другой бытовой техники, то понадобится более мощное устройство, рассчитанное на долговременную работу. Можно приобрести готовый прибор, но для людей подготовленных и разбирающихся в электротехнике привлекателен вариант самостоятельного изготовления бесперебойника. Это поможет в какой-то степени сэкономить деньги, даст возможность применить свои навыки и получить в результате устройство, максимально соответствующее потребностям конкретного потребителя.

Как сделать бесперебойник своими руками?

Обеспечить бесперебойное питание приборов в течение достаточно длительного времени могут только устройства на основе мощных и емких аккумуляторов, для которых надо использовать зарядное устройство соответствующей мощности и инвертор, преобразующий постоянное напряжение в стандартные 220 В. Наибольшую сложность будет представлять именно изготовление инвертора, поскольку от того, какой он выдает синус — чистый или меандр разных типов — зависит, какие приборы смогут быть запитаны от полученного комплекта. Некоторые устройства не воспринимают импульсное напряжение с большим числом высокочастотных гармоник — это надо учитывать, планируя создание ИБП.

Большинство пользователей предпочитают использовать готовый инвертор заводской сборки, поскольку обеспечить необходимую частоту для дома и всех потребителей достаточно сложно.

Что потребуется?

Для изготовления ИБП своими руками в первую очередь потребуются аккумуляторы от мощного автомобиля — КамАЗа или иного подобного грузовика. Необходимо использовать пару аккумуляторов на 12 В, соединенных последовательно и обладающих емкостью от 190 А·ч. Устройства малой емкости заряжаются быстрее , но более требовательны к режиму зарядки и болезненно реагируют на перезаряд. Кроме того, понадобится зарядное устройство, обладающее достаточной мощностью, и инвертор.

Из всех этих компонентов однозначно купленными будут аккумуляторы, и, поскольку на них все равно придется тратиться, то лучше купить новые, а не бывшие в употреблении. Зарядное устройство можно собрать самостоятельно, как и инвертор, хотя специалисты утверждают, что результат в любом случае будет уступать заводским образцам из-за низкого качества деталей и комплектующих.

Если принимается решение собирать оба узла самостоятельно, то следует использовать новые, качественные детали.

Правила безопасности и важные советы

Прежде всего, следует соблюдать правила безопасности при работе с электроприборами и с установками под напряжением. Если производится сборка всего ИБП или отдельных узлов своими руками, к перечню обычных требований прибавляются правила безопасности при работе с нагревательными приборами. Работа с паяльником требует осторожности, оптимальный вариант — использование паяльной станции с вытяжкой и специальной безопасной подставкой.

Важный момент — использование достаточно толстого соединительного провода. Если его сечение не будет соответствовать установленным нормам, провод будет сильно греться и может расплавиться, что вызовет прекращение работы комплекта и создаст угрозу возгорания.

Рекомендуется использовать медный многожильный провод сечением 12 мм2 («косичку»), который сможет выдержать ток до 100 А.

Пошаговый алгоритм действий

Для того чтобы изготовить бесперебойник своими руками, надо выполнить определенную последовательность действий. Прежде всего, надо определиться с тем, какие узлы будут созданы самостоятельно, а какие лучше приобрести в готовом виде. Затем нужно обзавестись необходимыми узлами, элементами и деталями комплекта, приобрести аккумуляторы. Начинать сборку без них не рекомендуется, так как зарядное устройство должно в точности соответствовать характеристикам АКБ.

Схемы и пояснения

Рассмотрим структурную схему ИБП.

Здесь инвертор и фильтр высших гармоник представлены как два разных блока, хотя на практике нередко они объединены в один узел.

Сначала преобразователь (другое название инвертора) получает с аккумуляторов постоянное напряжение 12 В, превращая его в импульсное переменное напряжение (меандр) 310 В. Затем при помощи фильтра высших гармоник срезаются излишки, доводя форму сигнала до синусоиды с амплитудой 220 В. На схеме отмечен важный момент — напряжение зарядного устройства для данных АКБ должно составлять 28,8 В. Эта величина позволяет обеспечить полноценную зарядку аккумуляторов без риска перезаряда, выкипания или выхода АКБ из строя.

Бесперебойное питание обеспечивается переключением с сетевого источника на ИБП, производящимся при изменениях сетевого напряжения — его падении или полном исчезновении. Некоторые приборы отсекают и скачки напряжения, переводя питание потребителей на ИБП до тех пор, пока сетевое напряжение не придет в норму.

Для переключения питания используется реле, на которое постоянно подается напряжение из сети.

При его значительном падении или отключении контакты реле переключают питание на ИБП, а при появлении напряжения — вновь замыкаются и включают подачу тока из сети.
Полезное видео на эту тему

Возможные проблемы и нюансы

Работа блока питания сопровождается сильным нагревом деталей и требует качественного охлаждения. Для этого обычно используется вентилятор соответствующего размера (иногда подходит компьютерный кулер, реже приходится устанавливать более крупные образцы). Распространенной ошибкой является присоединение питания вентиляторов к аккумуляторам (выходным клеммам). При переходе комплекта на автономный режим вентиляторы продолжают работать, способствуя разрядке АКБ, хотя в этом режиме они не нужны. За состоянием вентиляторов необходимо постоянно следить, они являются наиболее слабым звеном всей системы и часто выходят из строя, оставляя блок питания без охлаждения, чего допускать нельзя.

Необходимо следить за правильным соединением аккумуляторов. Последовательное соединение обеспечивает равномерную нагрузку и одинаковый расход заряда, тогда как при параллельном работает только один аккумулятор, что способствует его скорейшему выходу из строя.

Источник бесперебойного питания, созданный своими руками, проще поддается ремонту или модернизации.

Кроме того, подобный комплект можно использовать в связке с солнечными батареями или ветрогенератором, что существенно расширяет возможности ИБП и выводит его на автономный уровень функционирования.

Источник

Как я делал линейно-интерактивный ИБП. Часть 3

В третьей части нашего цикла рассмотрим работу инвертора ИБП с модифицированным синусом. Всех заинтересованных прошу под кат.

Часть 1
Часть 2
Часть 3

Силовая часть инвертора

Построена по мостовой схеме на четырёх MOSFET IRF3808, которые управляются классическими драйверами IR2110. Работы с этими драйверами очень хорошо описана в этой статье.

Для организации токовой защиты силовых транзисторов используются недорогие и крайне удобные усилители IR25750L. Они позволяют проводить измерение тока без использования дополнительных датчиков. Микросхема измеряет падение напряжения на сопротивлении открытого канала MOSFET транзистора. Стандартная схема включения показана ниже:

Выходы усилителей (CS) заведены на компаратор, а выход компаратора поступает на RS-триггер, который в свою очередь выключает драйверы силовых транзисторов.
Таким образом реализуется триггерная защита. Она полностью аппаратная, что повышает общую надёжность всего устройства.

Очень хорошо об организации аппаратной защиты описано вот в этой статье.

Самое интересное кроется в деталях управлении силовыми ключами. В большинстве источников описывается метод поочерёдного открытия пар транзисторов в диагоналях моста. В нашем случае — VT1, VT4 и VT2, VT3. Паузами между ними мы регулируем выходное напряжение.
Только вот при выключении ключей (то есть во время паузы) происходит некоторый колебательный процесс (по всей видимости за счёт обратной ЭДС), из-за которого выходное напряжение тоже портит форму:

Вроде мелочь, но это легко устранить. Для этого в паузах следует выключать верхние ключи (VT1, VT2) и при этом включать нижние (VT3, VT4), которые как раз и будут обратную ЭДС гасить.

Указание на эту особенность я лично нашёл только в книге Е.А. Москатова «Силовая электроника. Теория и конструирование», 2013 г. Там, кстати, много интересных схем рассмотрено. Рекомендую всем почитать.

Управление силовыми ключами осуществляется в прерывании по таймеру. Каких-либо особенностей тут нет. Регулирование выходного напряжения осуществляется скважностью управляющих импульсов.

А вот дальше пошли уже очень важные нюансы. Практика показала, что для нормальной работы инвертора в течение 5-7 минут (максимальное время работы ИБП при номинальной нагрузке) достаточно мощности трансформатора, равной 1/3 номинальной мощности ИБП. То есть для ИБП мощностью в 1000 ВА (600 Вт) достаточно мощности трансформатора в 200 Вт. При этом максимальный нагрев обмоток будет составлять около 100 C, нагрев сердечника — около 60C.

Чтобы управлять трансформатором в таком форсированном режиме требуется вкачивать большой ток, в связи с чем низковольтная обмотка трансформатора должна быть рассчитана на напряжение ниже напряжения аккумулятора. Для вышеприведённого примера ИБП мощностью 600 Вт требуется аккумулятор на 24 В и трансформатор с низковольтной обмоткой на 12 В:

В реальных испытаниях при работе инвертора на номинальной нагрузке ток потребления от аккумулятора составил порядка 30-35 А.

И здесь возникает интересный момент. При питании от сети трансформатор ИБП работает как бы наоборот — в «понижающем режиме». В результате на его вторичной обмотке будет напряжение 12 В, явно недостаточное для зарядки аккумулятора. Для решения этой «проблемы» нам необходимо напряжение поднять. А как это можно сделать? Ответ: при помощи Step-up преобразователя. Но не вводить же нам лишние электронные компоненты и, тем более, моточные изделия типа дросселей! Правильно! Это всё не требуется, ведь у нас уже есть дроссель в виде всё того же трансформатора ИБП.

Посмотрим вот на эту схему:

DR — это низковольтная обмотка трансформатора. На ней имеется напряжение 12В, которое формируется за счёт трансформации входного сетевого напряжения.
VT4 — нижний ключ.
VT2 — верхний ключ. От него используем только паразитный диод.

Если на VT4 подать ШИМ, то на что это будет похоже? Правильно — на классический Step-up.
Управляя скважностью сигналов, подаваемых на затвор транзистора, можно управлять величиной зарядного напряжения.

В реальной схеме ШИМ подаётся на оба нижних транзистора одновременно. Из-за того, что на обмотке DR напряжение переменное, работает та или иная пара «транзистор-диод»: VT4, VT2 или VT3, VT1.

Вот таким незамысловатым образом мы оставили в сехем всего одно моточное изделие — силовой трансформатор. О его расчёте и конструкции мы поговорим в следующей статье нашего цикла.

Источник