Источник бесперебойного питания легко завысить по параметрам — в ущерб стоимости и габаритам, и так же легко занизить, что приведёт к неудачному завершению работы. Документ B предлагает дисциплинированный средний путь: преобразовать защищаемую нагрузку и требуемое время моста в энергетический бюджет, снизить его с учётом КПД инвертора, глубины разряда, температуры и деградации к концу срока службы, выбрать электрохимическую систему и топологию по тем осям, которые действительно определяют короткий высокотоковый мост, и спроектировать аккумулятор и зарядное устройство так, чтобы чистое переключение происходило и на сотом сбое, как на первом.
Энергетический бюджет моста начинается с ватт, а не с ампер-часов. Перечислите каждую защищаемую нагрузку и её реальную мощность — ПЛК или контроллер, модули ввода-вывода и связи, катушки контакторов, датчики, панель оператора или сетевое оборудование — и учтите мгновенный пусковой ток любого устройства, которое должно запуститься во время моста. Умножьте суммарную мощность на требуемое время моста в часах для получения ватт-часов, разделите на напряжение шины постоянного тока для ампер-часов, а затем примените КПД тракта: инверторный каскад может иметь КПД около 0,85, а прямой тракт ИБП постоянного тока — несколько лучше.
Анимированный каскад рассчитывает показательный ИБП прибора на 24 В, несущий 60 Вт в течение десяти минут: 60 Вт на одну шестую часа — это 10 Вт·ч, или около 0,42 А·ч при 24 В; после деления на КПД инвертора 0,85, ограничения глубины разряда, резервирования запаса на конец срока службы и добавления непредвиденного запаса номинальная потребность составляет примерно 0,8 А·ч. Множитель между исходной энергией и установленной ёмкостью подчиняется той же дисциплине, что и в любой резервной задаче, и столь же часто опускается.
В ИБП складываются три вида снижения номинала, которые нельзя смешивать. Ток: номинальная ёмкость ячейки измеряется при умеренном опорном токе, тогда как мост может разряжаться при C/2 или быстрее, где полезная ёмкость ниже, а изгиб напряжения наступает раньше. Температура: холод повышает внутреннее сопротивление и снижает доступную ёмкость, жара ускоряет деградацию; конструкция для шкафа использует наихудшую сезонную окружающую среду. Возраст: ёмкость снижается с циклами и календарным сроком службы, поэтому мост должен завершаться и на заявленном конце срока службы. Учёт всех трёх в каскаде документа B — вместо одного оптимистичного «коэффициента запаса» — превращает номинальное время моста в гарантию, а не результат первого дня.
Поскольку мост короток, проектировщики часто добавляют определённый запас на повторный запуск генератора или вторую попытку управляемого завершения работы; это дёшево в малом аккумуляторе и предотвращает худший сценарий отказа, при котором ИБП отключается именно во время записи защищаемых данных.
Анимированная оценочная карта добавляет суперконденсатор к трём обычным системам и оценивает все по переключению до одного цикла, высокотоковому импульсу, сроку службы в горячем шкафу, циклам после повторных сбоев и соотношению цены и качества. Свинцово-кислотная система недорога, но ограничена по току и температуре и деградирует при неглубоких циклах. Литий силён по току и весу, но требует защитной электроники и несёт транспортные издержки. Суперконденсаторы не имеют равных по ресурсу циклов и мгновенному переключению, но хранят лишь секунды энергии и саморазряжаются за дни.
NiMH занимает практичный центр для мостов масштаба минут: достаточно высокотоковый и с низким сопротивлением для чистого переключения и стабильной шины, устойчив к повторным неглубоким циклам, гораздо лучше свинцово-кислотной системы на холоде, по своей природе безопасен в водной электрохимии и свободен от транспортных ограничений лития. Ясный инженерный посыл — соотносить накопитель с длиной моста: суперконденсаторы для удержания до секунды, NiMH для бесперебойного питания от секунд до десятков минут, более крупные системы для автономии масштаба часов.
Классы VFD, VI и VFI по IEC 62040-3 предъявляют различные требования к накопителю. Пассивный резервный блок VFD нуждается в аккумуляторе, принимающем внезапную ступенчатую нагрузку после переключения за несколько миллисекунд; линейно-интерактивный блок VI добавляет автоматический регулятор напряжения, который справляется с просадками, не затрагивая аккумулятор, сохраняя его для настоящих сбоев; блок двойного преобразования VFI постоянно удерживает аккумулятор на шине постоянного тока, где дисциплина поддерживающего заряда первостепенна. Для приборов, изначально работающих на постоянном токе, ИБП постоянного тока по IEC 62040-5 поддерживает шину 24 В напрямую, избегая потерь инвертора и особенно хорошо подходя для высокотоковых цепочек NiMH.
Выбор топологии сначала проясняет, видит ли аккумулятор периодические ступенчатые нагрузки (VFD/VI) или постоянное поддерживающее питание (VFI/шина постоянного тока), что, в свою очередь, задаёт режим поддерживающего заряда и ожидаемую тепловую среду — входные данные, необходимые для расчёта аккумулятора.
Для источника моста формат ячейки должен благоприятствовать мощности: sub-C и другие высокотоковые конструкции электродов обеспечивают длительный ток с меньшей просадкой, чем энергооптимизированные ячейки AA той же номинальной ёмкости. Количество последовательных ячеек задаёт напряжение шины — двадцать ячеек для номинальной шины 24 В, десять для 12 В — а подбор из согласованных партий сохраняет единообразие изгиба, чтобы ни одна слабая ячейка не переполюсовалась при высокотоковом разряде. Приваренные никелевые лепестки, жёсткий держатель и встроенный PTC или тепловой предохранитель соответствуют среде вибрации и тока неисправности в промышленном шкафу, а термистор позволяет зарядному устройству адаптироваться к температуре шкафа.
Аккумулятор также должен быть определённой, сменной единицей, промаркированной диапазоном защищаемой нагрузки и временем моста, которое он поддерживает, чтобы инженер по обслуживанию мог проверить резерв в рамках периодической проверки прибора, а не обнаружить его состояние во время реального сбоя.
Аккумулятор бесперебойного питания заряжается после каждого события и удерживается наготове между ними, поэтому его зарядное устройство определяет реальный срок службы. Контролируемый заряд постоянным током, возвращающий аккумулятор в полное состояние после сбоя, за которым следует мягкий режим обслуживания на уровне C/20 или ниже — либо температурно-компенсированный поддерживающий заряд в конструкции VFI/шина постоянного тока — избегает длительного перезаряда, который иссушает водную ячейку; снижение по термистору защищает герметичный летний шкаф. Время перезаряда должно соответствовать потребности приложения быть готовым к следующему сбою, что в сетях, подверженных сбоям, может означать восстановление большей части ёмкости моста в течение нескольких часов.
Сочетание этой дисциплины заряда с высокотоковым подобранным NiMH-аккумулятором и снижением номинала по документу B даёт малый ИБП с чистым переключением, мост которого завершается каждый раз, и чей путь доказательств — собранный в документе C — прост в документировании.
Weijiang Power производит высокотоковые NiMH-аккумуляторы моста для производителей малых ИБП и ИБП постоянного тока: цепочки sub-C и C, рассчитанные под вашу защищаемую нагрузку и время моста, с полным снижением номинала по току, температуре и концу срока службы, подобранные ячейки с низким сопротивлением для чистого переключения VFD/VI/VFI, заряд с поддержкой термистора для герметичных шкафов и документация IEC 61951-2, IEC 62133-1 и UN 38.3. Отправьте перечень нагрузок, назначение моста (завершение работы или генератор) и напряжение шины для расчёта.
