ИБП для котлов, правильность выбора

Бесперебойники с чистой синусоидой

Отопительные системы, циркуляционные насосы или системы видеонаблюдения которые стоят у нас на дачах или в загородных домах, очень чувствительны и могут выйти из строя, при перепадах или частых отключениях напряжения. Если напряжение пропадает надолго, это попросту некомфортно, а зимой ещё и чревато заморозкой всей системы.

Помочь может бесперебойник или система ИБП с чистой синусоидой, эта форма сигнала очень важна для чувствительной электроники котла и двигателей циркуляционных насосов. У нас в магазине можно подобрать ИБП линеек Энергия Гарант, ИБП Pro и Штиль SW мощностью от 250 ВА, а также готовые комплекты для котлов уже с аккумуляторными батареями. У всех приборов есть встроенный стабилизатор, который выровняет скачки напряжения в сети. А при отключении напряжения ИБП моментально и незаметно для котла переключатся на питание от батарей.

ИБП для котлов, правильность выбора

СООО ИНЭЛТ представляет интегрированный ИБП для котлов серии SIGMA специально разработанный для электропитания автоматики и циркулярных насосов котлов с возможностью и контролем заряда от солнечных панелей.

Основные преимущества:

Встроенный PWM контроллер заряда АКБ от солнечных панелей (до 50А)

Предустановленные алгоритмы приоритетного использования солнечной энергии для нагрузки и/или заряда АКБ

В комплект входит высокочастотный фильтр для сети 220В

Возможность работы в очень широком диапазоне входных напряжений (90-270В АС)

3-х стадийное мощное ЗУ

Чистый синус на выходе

Малое собственное потребление (от 10Вт)

В комплекте медный кабель для присоединения внешней аккумуляторной батареи.

Компактный дизайн – настенное исполнение, не занимает пространства и не портит внешний вид помещения, не загромождает его.

Из всего вышеперечисленного следует, что данная серия ИБП (имеется 2 модели: 3000ВА/5000ВА) является очень удобным и выгодным приобретением для малых систем (дача/дом/коттедж) и существенно сокращает стоимость монтажных работ. Простое и понятное программирование, а так же информационный дисплей делает эксплуатацию данной серии ИБП доступной для простого пользователя.

Основной задачей применения ИБП в составе питания газовых и твердотопливных котлов является предотвращение отключения котла и остановки циркуляционных насосов.
Газовые котлы являются «энергозависимыми» и в своем составе имеют электронную систему управления температурой, электро-поджиг, «газ-контроль» и электронасосы для циркуляции теплоносителя в трубах отопления. Отсутствие питающего напряжения длительное время в зимнее время может заморозить теплоноситель в трубах и привести к разрыву батарей отопления и повреждению теплообменника внутри котла. А в случае кратковременного провала в электропитании котел электроника может потребовать «ручной» перезапуск котла после состояния «Power ERROR» и если рядом нет человека, который перезапустит котел, возможны вышеуказанные последствия. Твердотопливные котлы не имеют электроники, но требуют непрерывного отбора тепла из теплообменника, который обеспечивает один или несколько циркуляционных насоса; остановка которых, приведет к серьезной аварии с возможностью перегрева и разрыва котла.

Вернемся к особенностям выбора и основным критериям, предъявляемым к ИБП для котлов:

1.Зарядное устройство мощностью от 5 до 20 и более Ампер

1.1.источник бесперебойного питания для газовых котлов, к которому можно подключить аккумуляторные батареи большой емкости от 40 до 400 Ач. Такие ИБП чаще всего применяют для защиты газовых котлов, домов, дачи. Они обеспечат все энергозависимые элементы котла бесперебойным электропитанием с чистой синусоидой. При отключении электроэнергии ИБП мгновенно вступит в действие, используя электроэнергию, накопленную в аккумуляторных батареях.

Основная особенность источников бесперебойного питания для газовых котлов заключается в возможности подключения к ним аккумуляторных батарей большой емкости от 40 до 400 Ач, а так же в способности самих ИБП заряжать подключенные к ним аккумуляторные батареи, для этого ИБП должен иметь зарядно-выпрямительное устройство мощностью от 5 до 20 А. В обычных же ИБП мощность выпрямителя составляет 1А.

Время автономной работы не зависит от мощности ИБП, а зависит от количества и емкости подключенных аккумуляторных батарей, а также грамотно рассчитанным и установленным зарядным устройством, для корректной зарядки этих АКБ. Чем больше количество и емкость аккумуляторных батарей, тем больше автономная работа — тем дольше ИБП сможет питать чистым электричеством ваш котел или дом. Такой ИБП обеспечит газовый и другой котел, а так же ваш дом, холодильник и прочее оборудование автономной работой от нескольких часов до нескольких суток.

Обычно к ИБП для котла подключают аккумуляторные батареи емкостью 40 — 400 Ач.

Многие поставщики (производители) позиционируют обычные, компьютерные ИБП мощностью 600-850-1000-1500 ВА в качестве источников с большим временем автономной работы заявляя, что можно подключить к блоку электроники аккумуляторную батарею емкостью 100Ач и более. Однако большая емкость АКБ требует высокомощного зарядного устройства с выходным током не менее 5% от емкости подключенной батареи.
Например для аккумуляторной батареи емкостью 100Ач минимальный зарядный ток должен быть не менее 5А, в противном случае ток протекающий через батарею не будет вызывать в ней никаких химический реакций происходящих при заряде аккумулятора, но лишь будет незначительно нагревать ее. Правильным выбором величины тока зарядного устройства является 10% от емкости батареи, например для АКБ 100Ач ток зарядного устройства 10А. Дальнейшее увеличение тока зарядного устройства (более 10% от С10) сократит время заряда батареи и повысит коэффициент готовности ИБП. Однако ток зарядного устройства, в большинстве случаев, не должен превышать 30% от емкости АКБ, например не должен быть более 30А для АКБ емкостью 100Ач, дабы исключить эффект терморазгона характерного для аккумуляторов типа AGM.

2.Чистая синусоида

2.1. Инвертор ИБП для котла должен выдавать на выходе в идеале «чистый синус», то есть форму напряжения, идентичную переменному напряжению стационарной электросети. Это чрезвычайно важно, так как «псевдосинус», «модифицированный синус» (искаженная форма напряжения) может привести к очень быстрому износу насосов, кроме того она также может не подойти системе поджига горелок котла. Таким образом, для ИБП котла необходим инвертор исключительно категории «чистый синус».

Все источники бесперебойного питания с искаженным синусом, а также недорогие генераторы, а также часть «брендовых» генераторов младших линеек, выдают искаженные формы напряжения. Эти искажения заметны и без приборов — из-за них насосы гудят.

3. Пусковые токи

3.1.Аварийное энергоснабжение котла предусматривает наличие больших пусковых мощностей,то есть мощностей, требующихся для того, чтобы запустить приборы. Обычно пусковая мощность в разы превышает номинальную мощность, по причине того, что, например, насос должен преодолеть жидкостное сопротивление теплоносителя.

Естественно возможно использование генераторов или компьютерных ИБП с «чистым синусом» и мощностью, которая равна величине пусковых токов приборов. Однако повышенная мощность необходима лишь на короткое время -до нескольких секунд. Таким образом, более мощный компьютерный ИБП высокого класса в такой ситуации неоправдан, поскольку это ненужные затраты. А более мощный, чем необходимо, генератор будет означать еще и повышенный износ его двигателя, так как он постоянно будет работать в режиме недозагруженности.

Как специализированные источники бесперебойного питания серии SIGMA, предназначенные именно для нагрузок с пусковыми токами, инверторы могут выдерживать пиковую нагрузку почти в два раза больше номинальной мощности.

По этой причине являются наиболее выгодным решением и тогда, когда необходимо и бесперебойное питание котельной и аварийное электроснабжение всего дома.

ИБП с чистой синусоидой на выходе

Предлагаем современные интерактивные источники бесперебойного питания для безопасного и непрерывного электропитания маломощного и мощного высокочувствительного оборудования, которое используется в быту, на промышленном производстве или в отрасли медицины. В небольшой металлической конструкции таких устройств помимо высокоточного преобразователя предусмотрен однофазный релейный стабилизатор с рабочим диапазоном от 140 до 280 Вольт, надежно защищающий подключенные электроприборы от скачков, просадок и других колебаний напряжения в сети. Также все модели ИБП с чистой синусоидой на выходе и в зависимости от марки производителя могут быть дополнительно оборудованы мощным зарядным устройством, специальной фирменной кнопкой «Энергосбережения», настенным высокопрочным креплением для комфортной установки прямо на стене.

Инвертор бытовой однофазный с навесным, напольным и универсальным исполнением в нашем магазине вы сможете выбрать и купить по выгодной цене производства Россия. Все функции оборудование выполняет в полностью автоматическом режиме, при этом, не нуждаясь в ни каком техническом обслуживании. На основной панели снабжено цифровым светодиодным дисплеем, который отчетливо отображает текущие состояния рабочих параметров, таких как температура, уровень зарядки АКБ и нагрузки самого инвертора, входного и выходное напряжение, перегрузка по мощности. Компактные линейно-интерактивные (Line-interactive) ИБП с чистой синусоидой на выходе имеют широкий спектр применения: частные и жилые дома, офисы, гаражи, поликлиники, лаборатории. Отличным решением является для защиты газовых одноконтурных и двухконтурных котлов (Buderus, Vaillant, Ariston, Baxi и т.д.), циркуляционных насосов отопления, персонального компьютера, серверов, системы камер видеонаблюдения, охраны, освещения, медицинского вычислительного электрооборудования, и другой аппаратуры с повышенными требованиями к качеству подачи электроэнергии.

ИБП с чистой синусоидой на выходе мы предлагаем у нас приобрести с подключением внешних свинцово-кислотных аккумуляторов, и это могут быть, как специализированные АКБ (гелевые, AGM), так и обычные автомобильные. Каждый прибор оснащен автоматическим выключателем от перегрузки и короткого замыкания, оборудован кнопкой «кнопкой отключение звукового сигнала», которая позволяет на небольшой промежуток времени приостановить подачу сигнала в инверторном режиме. Заказать источник бесперебойного питания 220В с напряжением АКБ 12В и 24В на сайте у нас можно малой (от 400 до 1000 ВА) и высокой мощности (от 1.4 до 5 кВА) с одной и двумя розетками, доставкой по Москве, СПБ, всей России. Гарантия на специализированные инверторные бесперебойники выдается сроком 12 месяцев.

Как получить чистую синусоиду из модифицированной. Часть 1

Еще не стерлись из памяти события «лихих» 90-х. Помнится МММ, разгул криминала, веерные отключения электроэнергии. На Украине, например, во второй половине 90-х дело доходило до того, что свет в жилых районах выключали на 2 часа через каждые 2 часа. Помнится, наиболее коварным был зимний период темноты между пятью и семью часами вечера. Как раз, когда народ возвращался с работы. Выгружаешься на остановке, автобус уезжает, и ты остаешься в полной темноте. Пытаешься привыкнуть, трешь глаза, давишь на глазные яблоки. Все безрезультатно, вокруг полная темнота. Делать нечего, осторожно ступаешь во мраке, пытаясь нащупать заветный забор, который должен вывести к родной калитке и потихоньку, на ощупь, домой.

Однако в этих мытарствах были и положительные элементы. Например, резко возрос спрос на разные бензо- и дизель-генераторы, а также на электронные преобразователи и бесперебойные источники тока. Последнее обстоятельство позволило людям творческим применить свои профессиональные навыки и даже немного улучшить на этом поприще свое финансовое положение. А там, глядишь, появились различные фирмочки, выпускающие эти самые преобразователи и бесперебойники. Какой-никакой подъем в экономике образовался, дополнительные рабочие места и т. п. Собственно, и Ваш покорный слуга, примерно в те времена, из электроники слабосильной подался в электронику силовую.

Нельзя сказать, что тогда с этой самой электроникой сильно мудрили. Делали, чтобы было просто, надежно и дешево. В принципе, для того чтобы питать одну-две лампочки, больше ничего и не требовалось. Однако по мере развития процесса конкуренция ужесточалась. Народу уже стало из чего выбирать. Особо привередливые начали интересоваться формой напряжения на выходе преобразователей и бесперебойников. На что им очень обтекаемо отвечали, что форма там практически синусоидальная, но лишь слегка модифицированная. Более честные говорили, что там присутствует синусоида, но только квадратная. А уж совсем честные говорили напрямую, что их преобразователи и бесперебойники формируют на выходе прямоугольное напряжение с паузой. Но параметры этого напряжения (амплитудное и действующее значение, а также частота) практически соответствуют аналогичным параметрам однофазного переменного напряжения бытовой электросети. В принципе, такое напряжение вполне подходило для основных бытовых электропотребителей, таких телевизоры, компьютеры, а также накальные и люминесцентные лампы. Те же электропотребители, которые требовали чисто синусоидального напряжения (асинхронные двигатели, например), были в меньшинстве и погоды особой не делали.

Однако такое положение не могло длиться вечно. Количество отключений сокращалось и в какой-то момент они практически вообще прекратились. Однако параллельно на рынке бытовых товаров стали появляться отопительные котлы, оборудованные циркуляционными насосами, приводными задвижками и электронным управлением. Такие котлы требовали высококачественного бесперебойного электропитания. В противном случае, при отключении электричества работа системы отопления полностью нарушалась.

И вот тут возникала некая дилемма. Многие владельцы отопительного чуда уже обладали бесперебойными источниками, мощности которых с лихвой хватало для питания котла. Однако, вот беда, циркуляционные насосы ни в какую не хотели крутиться от «прямоугольной синусоиды». Для чудо-котла надо было приобретать новый чудо-бесперебойный источник, формирующий на выходе чистейшую синусоиду. А куда же теперь девать старый, к которому уже душой прикипели. Нехорошо как-то все это!

Но положение не безвыходное и старый друг нам еще послужит! Для питания асинхронного двигателя от прямоугольного напряжения можно использовать фильтр Отто. Есть множество положительных примеров практического воплощения такого подхода. Однако такой вариант не самый простой и, уж точно, не универсальный. После продолжительной и утомительной настройки фильтр можно будет использовать только с конкретным двигателем. Хотелось бы чего-то более универсального. Таким более универсальным решением будет использование в качестве фильтра феррорезонансного или подобного ему стабилизатора. При этом феррорезонансный стабилизатор, включенный после бесперебойного источника, будет не только исправлять форму его выходного напряжения в периоды отсутствия сети (работа от аккумулятора), но и будет стабилизировать напряжение сети в моменты его присутствия.

Ниже приводится описание и принципиальная электрическая схема феррорезонансного стабилизатора мощностью 1000 Вт. В статье приведены формулы и методика расчета, которая позволит вам пересчитать стабилизатор на другую мощность, если это потребуется.

Феррорезонансный стабилизатор

Феррорезонансные стабилизаторы имеют ряд достоинств, таких как высокая надежность и быстродействие, широкий диапазон входных напряжений, хорошая стабильность выходного напряжения, способность к исправлению формы сильно искаженного входного напряжения. Однако, не смотря на все свои достоинства, эти стабилизаторы имеют и некоторые недостатки, к которым можно отнести относительно низкую удельную мощность и высокий уровень шумов, создаваемых при работе.

Не так давно, в 60-80-х годах прошлого века, феррорезонансные стабилизаторы широко использовались в быту для питания ламповых телевизоров. И старшее поколение читателей, скорей всего, до сих пор помнит тот надрывный гул, которым сопровождалась работа этих аппаратов, которые различались формой и расцветкой, но имели вес 10-15 кг при мощности 250-350 Вт.

Основным источником шумов в феррорезонансном стабилизаторе является насыщающийся дроссель. В работе сердечник этого дросселя постоянно насыщается, что приводит к изменению его линейных размеров. Это явление называется магнитострикционным эффектом. О «шумности» этого эффекта говорит хотя бы тот факт, что он широко используется в гидроакустике для генерации мощных акустических волн. Следовательно, если мы хотим построить тихий стабилизатор, то в первую очередь должны избавиться от насыщающегося дросселя. Однако нельзя просто так выбрасывать неугодные комплектующие из стабилизатора. В этом случае мы рискуем потерять его функциональность. Чтобы этого не произошло, сначала нужно найти достойную замену. И на нашу удачу такая достоянная замена имеется. Еще в 70-х годах прошлого столетия была доказана возможность замены насыщающегося дросселя последовательной цепочкой, состоящей из линейного дросселя и двух встречно-параллельных тиристоров [1]. Такая цепь ведет себя аналогично насыщающемуся дросселю, но в отличие от него имеет меньшие размеры и массу, может оперативно регулироваться за счет управления тиристорами, обеспечивает меньшие потери и, самое главное, гораздо меньше шумит. В технической литературе такая цепочка зачастую называется резонансным тиристорным регулятором (РТР) [2]. При необходимости, два встречно-параллельных тиристора РТР можно с успехом заменить одним симистором.

Работа стабилизатора

Функциональная схема стабилизатора с РТР [2] изображена на Рисунке 1.

Рисунок 1.

Функциональная схема стабилизатора с РТР.

Стабилизатор с РТР имеет практически тот же принцип действия, что и феррорезонансный стабилизатор. Выходное напряжение U_Н поддерживается на требуемом уровне (220 В). Когда напряжение питающей сети U_С имеет минимальное значение, симистор VS1 заперт. При этом напряжение U_Н поднимается до требуемого уровня за счет резонанса в колебательном контуре L1C1. Если же напряжение питающей сети U_С имеет максимально допустимое значение, то симистор VS1 постоянно открыт. При этом дроссели L1 и L2 образуют делитель переменного напряжения, уменьшающий сетевое напряжение до требуемого уровня. В феррорезонансном стабилизаторе насыщающийся дроссель также максимально используется при максимальном входном напряжении, и минимально при минимальном. Дроссель L3 совместно с конденсатором С1 образует фильтр третьей гармоники, улучшающий форму выходного напряжения стабилизатора.

Рисунок 2.

Осциллограммы основных напряжений и токов стабилизатора с РТР.

Рассмотрим подробнее работу стабилизатора с РТР. На Рисунке 2 изображены осциллограммы основных напряжений и токов стабилизатора с РТР. Выходное напряжение стабилизатора U_Н выпрямляется при помощи выпрямителя В2. Выпрямленное напряжение U_В2 поступает на фильтр Ф, который выделяет из него среднее, действующее или амплитудное значение, в зависимости от того, какое значение выходного напряжения U_Н требуется стабилизировать. Далее напряжение с выхода фильтра поступает на сумматор, где сравнивается с опорным напряжением U_ОП. С выхода сумматора напряжение ошибки поступает на регулятор Рег, который формирует управляющий сигнал, призванный компенсировать отклонение выходного напряжения стабилизатора. Выходное напряжение регулятора U_ПОР поступает на вход порогового устройства ПУ и определяет его порог срабатывания. На другой вход порогового устройства подается синхронизирующее напряжение U_В1, привязанное к моментам перехода через ноль выходного напряжения U_Н стабилизатора. На выходе порогового устройства ПУ формируются импульсы управления U_УПР, которые усиливаются усилителем мощности УМ и в требуемой полярности поступают на управляющий электрод симистора VS1. Синхронизирующее напряжение создается при помощи интегратора Инт и выпрямителя В1. Благодаря интегратору, импульсы выпрямленного напряжения U_В1 отстают от импульсов U_В2 на 5 мс (фазовый сдвиг –90°).

Импульсы управления U_УПР формируются на нарастающем фронте U_В1 между нулевым и амплитудным значением этого напряжения. При увеличении порогового напряжения U_ПОР импульсы управления максимально сдвигаются к амплитудному значению U_В1 и, соответственно, к нулевому значению U_В2. В этом случае симистор открывается в районе нулевого значения U_Н и через линейный дроссель L2 протекает незначительный ток I_L2, который не оказывает существенного влияния на выходное напряжение стабилизатора. При уменьшении порогового напряжения Uпор импульс управления сдвигается в сторону амплитудного значения U_Н и через линейный дроссель L2 начинает протекать существенный ток, который шунтирует выход стабилизатора и уменьшает величину его выходного напряжения.

Если выходное напряжение стабилизатора меньше требуемого, то регулятор Рег увеличивает пороговое напряжение U_ПОР. В результате ток, протекающий через дроссель L2, уменьшается, и выходное напряжение стабилизатора возрастает за счет резонанса в колебательном контуре L1C1. Если выходное напряжение больше требуемого, то регулятор Рег уменьшает пороговое напряжение U_ПОР. В результате ток, протекающий через дроссель L2, увеличивается и выходное напряжение стабилизатора уменьшается.

Расчет силовой схемы стабилизатора

Рассмотрим практическую методику расчета стабилизатора мощностью 1000 ВА. Такой стабилизатор может использоваться как независимое устройство или совместно с устаревшими источниками бесперебойного питания для получения синусоидальной формы напряжения.

Принципиальная электрическая схема силовых цепей стабилизатора с РТР мощностью S_Н = 1000 ВА изображена на Рисунке 3. Стабилизатор рассчитан на работу от сети переменного тока 220 В 50 Гц c нагрузкой, имеющей коэффициент мощности cos φ_Н ≥ 0.7, и формирует выходное напряжение U_Н = 220 В ±1% во всем диапазоне нагрузок при изменении входного напряжения от 150 до 260 В.

Рисунок 3.

Принципиальная электрическая схема силовых цепей стабилизатора с РТР мощностью 1000 ВА.

Первым делом необходимо определить емкость резонансного конденсатора. Реактивную мощность резонансного конденсатора для стабилизатора без фильтра третьей гармоники можно найти по формуле:

– угловая частота сетевого напряжения, рад/с.

Зная реактивную мощность резонансного конденсатора, найдем его емкость:

Найдем индуктивность линейного дросселя L1:

Найдем индуктивность линейного дросселя L2:

Найдем индуктивность линейного дросселя L3:

Так как в стабилизаторе для улучшения формы выходного напряжения установлен фильтр третьей гармоники, емкость резонансного конденсатора можно уменьшить:

В качестве C1 можно использовать компенсирующие конденсаторы типа К78-99 или аналогичные, предназначенные для коррекции коэффициента мощности электромагнитных дросселей газоразрядных ламп. Например, можно использовать два включенных параллельно конденсатора К78-99 емкостью 50 мкФ, рассчитанных на напряжение 250 В переменного тока. Для этой же цели можно использовать конденсатор типа МБГВ 100 мкФ на напряжение 1000 В.

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.