Инверторно-аккумуляторная система резервного электроснабжения

Отключения электроснабжения в наших электросетях, к сожалению, явление частое, особенно за городом. Отключения обычно длятся от нескольких минут до нескольких часов. При авариях в электросетях вы можете остаться без электроэнергии несколько дней.

Обычно для обеспечения электроэнергией потребителей в доме используются бензиновые или дизельные электрогенераторы. Однако их применение ограничено – их нельзя поставить в квартиру, для них нужно специальное, хорошо проветриваемое место. Шум и выхлопные газы от их работы могут быть препятствием применения генераторам – ни вам, ни вашим соседям шум и вонь вряд ли понравятся. Топливо для них тоже надо где-то хранить – а это сразу вызывает вопросы по пожаробезопасности.

Мы установили сотни таких резервных систем

Поэтому более правильным решением будет установка инверторно-аккумуляторной резервной системы электроснабжения. Такая система обеспечит надежную и бесперебойную работу потребителей в вашем доме, включая системы охранной и пожарной сигнализации, системы связи, системы отопления и другую ответственную нагрузку.

Инверторно-аккумуляторная система обеспечит электричеством ваш дом, офис, магазин, может использоваться как источник питания для мобильных электропотребителей. Ограничений по применению такой системы бесперебойного электроснабжения практически нет – вы можете установить ее в доме или квартире, и она практически не требует обслуживания.

Преимущества инверторно-аккумуляторной системы резервного электроснабжения

Сравнение ИАС с традиционным решением в виде электрогенератора приведено в статье в нашей Библиотеке “ИАС vs. ДГУ

– что выбрать?“.

• Защита от перебоев в подаче электроэнергии
  Во время пропадания напряжения в сети электроснабжения, блок бесперебойного питания (ББП) автоматически в течение нескольких миллисекунд переключается на работу от аккумуляторной батареи. При появлении на входе ББП напряжения переменного тока, преобразователь автоматически переключает нагрузку на сеть и одновременно начинает подзаряд аккумуляторной батареи. Многие ББП обеспечивают многоуровневый режим заряда АБ, что позволяет заряжать батарею на 100%, повышает эффективность зарядного устройства и срок службы практически всех видов аккумуляторов.
• Независимость от наличия электроэнергии в сети общего пользования
  Инверторно-аккумуляторная система резервного электроснабжения позволить вам быть уверенным в том, что у вас будет электроэнергия даже во время перебоев в электроснабжении.
• Защита электронного оборудования и чувствительной бытовой нагрузки
  Если напряжение в вашей электросети неудовлетворительного качества, есть перенапряжения, просадки, перекос фаз, то вам просто необходима резервная инверторно-аккумуляторная система. При отклонении параметров входного напряжения от заданных, ББП переключится на работу через преобразователь и обеспечит устойчивое энергоснабжение с высокими параметрами электроэнергии. Это защитит вашу ответственную и чувствительную нагрузку от скачков напряжения и предотвратит выход ее из строя.
• Пусковые токи
  Большинство современных инверторов выдерживают кратковременные перегрузки (от 2 до 5 раз), что позволяет обеспечить запуск сравнимых по мощности электромоторов (холодильники, насосы и т.п.).
• Отсутствие необходимости механического ремонта
  Цифровые технологи практически исключают применение механических элементов. По сравнению с генератором, в преобразователе меньше деталей, которые могут выйти из строя. Преобразователь не требует текущего технического обслуживания.
• Отсутствие шума во время работы
  Возможно, Вы не хотите, чтобы генератор во время своей работы будил всю округу. Возможно, Вы просто устали от шума генератора. Инверторно-аккумуляторная система работает практически бесшумно. Генератор возможно включить в систему, если перерывы в электроснабжении превышают несколько часов. См. более подробное описание такой системы.
• Экологическая чистота
  Если Вы используете инвертор вместо генератора, то сохраняете окружающую среду от разрушения и загрязнения.
• Продление срока службы Вашего генератора
  При небольшой загрузке генератор работает в режиме, не только с повышенным удельным потреблением топлива, но и способствующем его быстрому износу. Генератор рассчитан для работы с нагрузкой не ниже определенного уровня. Если нагрузка ниже этого уровня, то появляется нагар на клапанах, что значительно уменьшает ресурс работы генератора. Вместо того чтобы запускать генератор для просмотра телевизора или для питания дежурного освещения, используйте инверторно-аккумуляторную систему, а генератор включайте, когда действительно понадобится его мощность.
• Экономия топлива
  Ваш генератор и при больших, и при малых нагрузках потребляет почти одинаковое количество топлива. Поэтому желательно загружать генератор примерно на 80% от его номинальной мощности. Если вы будете нагружать его меньше, это приведет к повышенному расходу топлива. Если больше – к перегреву и снижению срока службы генератора. Продвинутые инверторные системы могут перераспределять мощность генератора между питанием нагрузки и зарядом аккумуляторов и поддерживать его загрузку на оптимальном уровне. Если вы имеете такой преобразователь, вы можете сократить количество поездок за топливом. Кроме того, ваш генератор прослужит намного дольше.
• Точный расход энергии аккумулятора
  Современные инверторы отслеживают наличие нагрузки, и, когда нет необходимости в электроэнергии, переключаются на режим ожидания, при котором потребляют минимальный ток. Если включаются электроприборы, преобразователь определяет это и немедленно включается. Другими словами, если у вас установлен такой преобразователь, вы можете включить его и забыть о нём. Отключать его нужно только если вы покидаете дом действительно надолго (более нескольких недель).

Инверторно-аккумуляторная система полностью адаптирована для работы с альтернативными источниками энергии (солнечными батареями, малыми ветроэлектростанциями и микроГЭС). Просто добавьте возобновляемый источник энергии и соответствующий ему контроллер заряда – и вы получите полностью автономную экологически чистую систему электроснабжения вашего дома или объекта.

Если в ваших электросетях бывают перебои с электроснабжением, колебания напряжения или других параметров электросети, не удовлетворяющих требованиям нагрузки – вам необходима современная система с блоком бесперебойного питания (

ББП). Мы установили много таких систем резервного электропитания, некоторые примеры вы можете посмотреть в разделе “Наши установки“

Из чего состоит инверторно-аккумуляторная резервная система электроснабжения?

ИНВЕРТОР преобразует постоянный ток от аккумуляторов в переменный 220 В частотой 50 герц. Инвертор – это ядро резервной системы электроснабжения, которая обычно состоит из:

1. инвертора, преобразующего постоянный ток от АБ в переменный напряжением 220В
2. аккумуляторной батареи (АБ), которая подзаряжается во время наличия электроэнергии от внешнего источника
3. зарядного устройства, обеспечивающего многостадийный качественный заряд аккумуляторов
4. контроллера (обычно контроллер встроен в блок бесперебойного питания), который следит за зарядом и разрядом АБ, а также за напряжением во внешней сети. Если качество (величина напряжения и частота) выходит за допустимые пределы или напряжение пропадает, контроллер дает команду системе переключиться на питание от АБ через инвертор.

Есть 2 типа систем резервного электропитания – с трансферным реле и on-line системы. В первых, если есть сетевое напряжение,

ББП пропускает имеющееся напряжение электросети на нагрузку и одновременно подзаряжает аккумуляторы встроенным зарядным устройством. Некоторые ББП могут также стабилизировать выходное напряжение при колебаниях входного напряжения переменного тока. Однако, если колебания сильные, то лучше использовать специальный стабилизатор на входе системы – это обеспечит лучшие параметры выходного напряжения, потому что обычно встроенные в ББП стабилизаторы имеют только грубую стабилизацию напряжения с большим шагом стабилизации.

В момент пропадания электричества система практически мгновенно переключается на работу от аккумуляторов и преобразует их энергию в переменный ток стабилизированного напряжения 220 В частотой 50 Гц. При появлении электричества система, проанализировав качество поступающего напряжения, автоматически переходит в режим заряда или продолжает работать в режиме преобразования (если параметры сети не соответствуют установленным) до восстановления нормального напряжения.

Если качество сети очень плохое, то лучше применять online систему резервного бесперебойного электроснабжения. В online системах инвертор всегда включен, и именно он обеспечивает качественную электроэнергию для потребителей. Сеть же используется только для заряда аккумуляторов. Такие системы обычно несколько дороже, и режимы работы аккумуляторов в них более тяжелые, но их нужно применять, если напряжение от сети невозможно исправить стабилизатором, или оно имеет сильные искажения – к сожалению, в наших сельских сетях это не редкость.

Более подробная информация по схемотехнике и различиям этих 2 типов систем в разделе “Библиотека”

Большинство инверторов могут выдерживать кратковременные перегрузки, что позволяет запускать электромоторы ( холодильников, насосов и другого оборудования).

Как подобрать комплект для ИАС и где купить?

“Ваш Солнечный Дом” предлагает Вам системы бесперебойного питания с использованием лучших разработок отечественных и зарубежных производителей.

Мы поставляем и устанавливаем системы только с качественным оборудованием. На выходе инверторов – чистая синусоида. Система с синусоидальной формой выходного напряжения применяется там, где потребители (нагрузка) чувствительны к форме питающего напряжения. Например, некоторые электродвигатели, а также трансформаторы и другая индуктивная нагрузка, перегреваются и отдают меньшую мощность при питании их несинусоидальным током.

Мы предлагаем Вам системы с выходной мощностью от 0,5 до 72 кВт на базе блоков бесперебойного питания различных производителей. Для обеспечения надежного электроснабжения рекомендуется применять ББП Studer Xtender, SMA, Schneider Electric и Outback Power, Must Power, МАП Энергия. Подробное описание этих устройств с указанием технических характеристик и предпочтительных вариантов применения вы можете посмотреть в разделе “Инверторы” нашего сайта и в нашем Интернет-магазине. Такие системы обеспечивают высокую надежность электроснабжения при отличном качестве электроэнергии.

Системы обычно комплектуются АБ емкостью от 100 до 1000 А*ч. Практически все ББП перечисленных выше производителей имеют мощное многостадийное встроенное зарядное устройство, которое заряжает аккумуляторы с наибольшей эффективностью и КПД. Если мощности встроенного зарядного устройства не хватает, или в системе используется инвертор без встроенного зарядного устройства, можно дополнять систему специальным зарядным устройством большой мощности (с зарядным током от 20 до 250 А), что позволит увеличить емкость аккумуляторов до необходимой.

В ряде инверторов (Xtender, SE XW/SW, SMA Sunny Island, МАП Энергия Гибрид/Dominator) есть режим поддержки сети или генератора. Такой режим необходим, если есть ограничение на подключенную установленную мощность сети (например, подключенная мощность сети составляет 5 кВт, а пиковая мощность вашего оборудования в доме – 15 кВт). При этом в моменты пиковой нагрузки инвертор может или переключаться на питание от аккумуляторов (инверторы Outback, и другие простые ББП), или добавлять свою мощность к сетевой (инверторы Studer Xtender, SE Conext XW, Rich Electric и SMA). В этом случае аккумуляторная батарея может заряжаться в ночные часы или часы минимальной нагрузки, а в пиковые часы питать нагрузку от инвертора или от сети и инвертора одновременно. При этом мощность подключенной нагрузки определяется мощностью инверторов (от одного до трех параллельно подключенных и синхронизированных между собой в однофазной системе, или от 3 до 9 – в трехфазной системе). Можно задать время, в которое аккумуляторы будут заряжаться, например в ночное время, когда электроэнергия может быть дешевле.

В “продвинутых” инверторах есть еще ряд других полезных режимов (например, спящий режим, режим частичной работы инвертора и т.д.). Такие инверторы могут синхронизироваться по выходу, поэтому возможно легко наращивать мощность. Инверторы Studer Xtender, SMA Sunny Island и SE Conext XW синхронизируются друг с другом без дополнительных блоков (обычно до 3-4 инверторов в однофазной системе, и до 9 в 3-фазной – уточняйте в описании на конкретный инвертор), для инверторов Outback дополнительно необходим модуль сопряжения – hub. Для ББП Voltronic и Must Power необходимы специальные синхронизирующие комплекты. Практически все модели работают с выносным блоком контроля и управления, через который производится мониторинг параметров инвертора и его настройка. Инверторы МАП Энергия синхронизируются между собой только в топовой модели Доминатор.  

Очень часто для обеспечения функционирования системы отопления, работающей на природном газе, сжиженном газе, солярке и т.п., требуется питать электрические циркуляционные насосы и систему управления котлом. В таких системах при пропадании напряжения в сети, прекращается и процесс отопления дома, даже если есть основное топливо (газ, дрова, солярки, пеллеты и т.п.). Поэтому для таких систем обязательно нужно применять хотя бы небольшие резервные блоки бесперебойного питания с аккумуляторами. Обычно, требуемая мощность электрической части таких отопительных систем не превышает 1-2 кВт. Если добавить питание дежурного освещения и другой жизненно необходимой нагрузки, то мощность инвертора должна составлять не менее 2-3 кВт. Инвертор должен быть обязательно с синусоидальной формой выходного напряжения, потому что циркуляционные насосы и управляющая электроника обычно “капризничают” при питании от несинусоидальных инверторов, а иногда и могут выйти из строя. Для таких небольших систем идеально подходят инверторы Must Power PV20 мощностью 1500 ВА 12В и 2000ВА 24В. Мы скомплектовали готовые системы на базе этих ББП для облегчения вашего выбора оборудования. 

Для таких случаев, кроме инверторов со встроенным зарядным устройством, можно также применять схемы с отдельными инверторами и зарядными устройствами. При этом инвертор желательно должен иметь спящий режим и низкое потребление на холостом ходу, чтобы потреблять минимальное количество энергии, когда есть напряжение в сети. В таких системах можно применять инверторы мощностью от 0,3 кВт. В комплекте должно быть зарядное устройство, например Prosolar RD или UltiPower. Также, необходимо обеспечить автоматическое переключение на работу от инвертора при пропадании сети. См. различные комплекты для резервного электроснабжения в нашем Интернет-магазине.

Более подробную информацию по таким резервным системам можно узнать у наших консультантов по телефонам, указанным в шапке и внизу каждой страницы нашего сайта. Они также помогут вам подобрать правильную систему резервного электропитания, которая позволит вам обеспечить гарантированное электроснабжение за минимальные деньги. И, конечно, вы можете посетить наш офис, где мы вместе с вами подберем необходимую вам систему.

Также, готовые комплекты для систем отопления можно заказать через наш Интернет-магазин, раздел “Резервные системы”

Эта статья прочитана 17309 раз(а)!

Продолжить чтение

• 10000

  Инверторно-аккумуляторная система vs. дизель-генератор: 2 варианта системы резервного электроснабжения Дизель-генераторная установка стала своего рода классическим резервным источником при построении СГЭ для автономного и аварийного электроснабжения различных объектов. Альтернативой ДГУ для питания (в том числе и бесперебойного) электро-оборудования сравнительно небольшой мощности (до…

• 10000

  Дизель-аккумуляторная система автономного электроснабжения В настоящее время подавляющее большинство домовладельцев и малых предпринимателей решает вопрос автономного электроснабжения своего дома или коммерческого объекта путем установки бензиновой или дизельной электростанции. Выбор таких электростанций огромен, можно найти недорогие генераторы от нескольких сотен ватт…

• 10000

  Как выбрать источник бесперебойного питания? Оглавление Принцип работы Резервный (ИБП) Интерактивный (ИБП) Он-лайн (ИБП) 1. Принцип работы Источник бесперебойного электропитания (ИБП) — это автоматическое устройство, основная функция которого — питание нагрузки за счёт энергии аккумуляторных батарей при пропадании сетевого напряжения…

• 10000

  Быстро окупающиеся меры в области энергосбережения Д. Нэлмс, инспектор по энергозатратам жилых зданий (home energy inspector) в Пенсильвании (США), специализирующийся в области отопления, кондиционирования электро­снабжения и планировки помещений /теплоизоляции. Его сайт в Интернете: http://www.energyefficientchoices.com/ Когда говорят о мерах по энергосбережению,…

• 71

  Электроэнергия без перебоя Вы думаете, как построить систему электроснабжения Вашего загородного дома? К Вашему дому подведена линия электропередач (ЛЭП), но из-за частых отключений сети или ограничений на подключаемую мощность Вы не можете с удовольствием пользоваться Вашими электроприборами? Из-за частого отключения…

• 56

  Инверторы OutBack Power: обзор модельного ряда Инверторы Outback представляют собой устройство 3-в-1: инвертор, зарядное устройство, переключатель сеть-АБ. Эти инверторы могут использоваться в высоконадежных резервных и автономных системах электроснабжения.  Выпускаются модели FX / VFX / VFXR, GFX / VGFX. Также, есть…

Мощные аккумуляторы для Инвертора » Valley of Winds

AGM и GEL батареи

Энергетическая основа современных систем резервного электроснабжения – специализированные необслуживаемые (не требующие долива) аккумуляторные батареи большой емкости, изготовленные по технологиям GEL (гелевые) или AGМ (стекловолоконные). Внешне они похожи на автомобильные аккумуляторы (только крупнее). Но на самом деле есть большое отличие.

Почему не годятся обычные стартерные батареи

Для многих очевидно, что дешевые обслуживаемые батареи стартерного типа не предназначены для оснащения инверторных систем резервного электроснабжения коттеджей. Менее очевидно, что и более дорогостоящие необслуживаемые авто-аккумуляторы (выполненные по той же технологии AGM!) также малопригодны для резервного электроснабжения.

И дело здесь не в том, что они «плохие» или «хуже», чем специализированные аккумуляторы для бесперебойного питания. Дело в принципиально разном назначении!

Автомобильный аккумулятор должен в течение нескольких секунд обеспечивать  большой ток для работы стартера, который должен провернуть массивные внутренние части двигателя. Подразумевается, что заряд аккумулятора при этом падает незначительно и должен успеть полностью восстановиться  даже в короткой поездке.

При длительных циклах разрядки (а это нормальный режим резервного электроснабжения) стартерные аккумуляторы быстро выходят из строя. Опытные водители знают, что если аккумулятор разрядился в ноль несколько раз подряд, то он больше уже не будет нормально работать. Не важно из-за чего это произошло, выход один — новый аккумулятор. Понятно, что с такими данными автомобильные батареи не годятся для резервного электроснабжения коттеджа.

вверх

Преимущества специализированных аккумуляторов

Именно режим работы системы резервного электроснабжения определяет главное требование к аккумуляторам — они должны выдерживать глубокий разряд.

В отличие от автомобильных, специализированные аккумуляторы лучше сохраняют работоспособность после глубокого разряда. Они могут отдавать энергию на протяжении длительного времени (часы и даже сутки) до состояния, когда запас энергии (обозначаемый как «уровень заряда» SoC — State of Charge) падает до 20-30 % от первоначального значения (то есть глубина разряда DoD /Deep of Discharge/ доходит до 70-80%). Причем после зарядки аккумуляторы практически полностью восстанавливают свою рабочую емкость.

Конечно, совсем бесследно глубокий разряд для батареи не проходит. И основное различие уже среди специализированных аккумуляторов – в числе циклов глубокого разряда, которые они выдерживают без существенного ухудшения энергоемкости. По этому параметру необслуживаемые аккумуляторы для резервного электроснабжения условно делят на две категории:

1. АКБ общего назначения
2. АКБ глубокого разряда (deep cycle)

Для  объяснения различий между ними сначала поясним общепринятую терминологию:

• Глубина разряда DoD — Depth of Discharge, величина, противоположная степени заряда SoC (DoD=100% — SoC)

• Глубокий разряд — это разряд с DoD более 40-50% от полного номинала емкости батареи.

• Буферный режим (характерен для резервного электроснабжения) — аккумуляторы полностью заряжены и готовы включиться в работу, но такие включения происходят нечасто, и внешнее питание восстанавливается до того, как батареи полностью разрядились (глубина разряда DoD обычно не более 30%, но для «крайних случаев» разрешенный максимум — до 80%).

• Циклический режим (характерен для автономного электроснабжения) — постоянное чередование глубоких (разряд DoD 40-50%, возможно и до 80%) разрядов и зарядов.

• Срок службы номинальный Life — число лет с момента начала эксплуатации, которое аккумулятор сохранит свою емкость на уровне не ниже 80% от номинала при работе в буферном режиме и идеальных условиях (t=20-25С, постоянный подзаряд).

Вообще крайний предел эксплуатации батареи — до остаточной ёмкости ~60% номинала. Но график потери емкости нелинейный, поэтому хоть после отметки в 80% эксплуатировать батарею еще и можно, но дальше падение ёмкости идет ускоренными темпами.

• Наработка циклов до отказа Cycle life — реальный срок службы, исчисляемый в циклах разряда-восстановления заряда, которые аккумулятор выдержит до снижения емкости на уровень 80% от номинала. Пересчет в «годы» идет делением числа циклов на количество отключений в год.

Если отключения редкие, и по циклам число лет выходит даже больше, чем номинальный срок , ориентироваться нужно на номинальный срок службы, т.к. он определяется естественным «старением» материалов аккумулятора и не может быть превзойден.

• Наработка циклов от глубины разряда Cycles life vs DoD — зависимость числа циклов разряда-восстановления до «смерти» батареи от «глубины разряда».

Про характеристики срока службы  нужно понимать следующее —  величины эти условные: номинальный срок справедлив только для нереальных условий работы, а число циклов по глубине разряда спрогнозировать проблематично, так как разряд при каждом отключении может быть разным.

Тем не менее, «Номинальный срок службы» и «Наработка циклов от глубины разряда» хоть и не позволяют точно спрогнозировать срок замены аккумуляторов, но делают возможным сравнение разных аккумуляторов между собой.

Оптимальные АКБ резервного электроснабжения

Разницу между AGM и GEL, а также аккумуляторами общего назначения и глубокого разряда демонстрирует Таблица зависимости числа циклов от типовых глубин разряда*:

Глубина разряда батареи	100%	80%	50%	30%
Необслуживаемые общего назначения (буферный и ограниченно циклический режим)
Delta / Haze AGM (класс 10 / 12 лет)	нельзя	200…250	450	900…1000
Delta / Haze GEL (класс 10 / 12 лет)	до 200, но не рекоменд	300…350	500…550	1200…1300
Необслуживаемые глубокого разряда (улучшенная стойкость к циклическому режиму)
Trojan GEL DeepCycle (до 12 лет)	не рекоменд	600	1000	2000
BAE трубчатые GEL OPzV (до 15 лет)	не рекоменд	1300	2800	5000

* данные производителей из описаний соответствующих линеек АКБ (реальные, по опыту, могут быть меньше!)

На первый взгляд,  аккумуляторы глубокого разряда серьезно выигрывают у аккумуляторов общего назначения. Но у такого превосходства, разумеется, есть цена — необслуживаемые АКБ Deep Cycle заметно дороже идентичных общего назначения.

Посмотрим на АКБ общего назначения с точки зрения реальной практики использования в московской области (все-таки, со стабильностью электроснабжения у нас пока лучше, чем где-нибудь в горных регионах).

Производители АКБ общего назначения, заявляя срок службы 10-12 лет, рассчитывают на буферный режим работы. Например на условную ситуацию, когда отключения случаются еженедельно (50 раз в год) и емкость батареи выбрана так, чтобы она успевала разрядиться не более чем на 50% до восстановления питания от сети. В этом случае ~500 доступных циклов делим на 50 раз в год и получаем искомые 10 лет.

Да, в реальной жизни не всё так идеально. Легко представить ситуацию, когда аккумуляторы начинают заряжаться после длительной работы, не успевают набрать 100% емкость, а  электросеть опять отключается. На практике глубина разряда будет превышать буферные величины, и батарею придется менять раньше, чем номинальный срок службы.

Но даже если ориентироваться на глубину разряда 80%, это 250 — 300 циклов до выработки батареи. А это долгие и долгие годы работы, в течение которых о существовании системы резервного электроснабжения с необслуживаемыми батареями можно даже не вспоминать.

Поэтому резюме по батареям для типовых систем резервного электроснабжения следующее:

• Для реалий Москвы батареи общего назначения  GEL — оптимум по соотношению цена / характеристики-удобство. При этом лучше не брать более дешевые аккумуляторы класса «5 лет» , т.к. их придется заменять раньше аккумуляторов класса «10-12лет» даже в случае заведомо редких отключений («5-летние» обычно стоят в офисных ИБП и служат хорошую службу для обоснования ИТ-бюджетов, но нам ведь не это нужно от аккумуляторов?).
• Аккумуляторы AGM — бюджетный вариант только для непродолжительных отключений или комбинации с генератором. Дают некоторую экономию в цене, но только если вы точно уверены в быстром восстановлении сетей в вашем населенном пункте, или если имеется генератор, т. к. AGM аккумуляторы  после глубокого разряда требуют немедленный (и желательно полный) заряд.
• Батареи Deep Cycle — слишком тяжелая артиллерия для целей только резервного электроснабжения (кроме ситуаций совсем «экологичных» уголков с подключением к слабым сельским электросетям, где резервное — чуть ли не постоянное). Аккумуляторы глубокого разряда имеет смысл применять для комбинированного электроснабжения (сеть совместно с альтернативным источниками) и для автономного электроснабжения «выходного дня». Также, с некоторыми оговорками, они пригодны для систем автономного электроснабжения при постоянном проживании.

вверх

Схема подключения батарей к инвертору

1. Чтобы получить вольтаж батареи, равный номиналу инвертора, отдельные 12В аккумуляторы соединяются последовательно — в одну цепочку (string).
2. Для увеличения емкости батареи последовательные цепочки аккумуляторов соединяются параллельно.
3. Кабели от инвертора рекомендуется подключать к «диагональным» (см. рисунок) клеммам собранной по  параллельно-последовательной схеме батареи.

При оценке емкости и вольтажа получившейся батареи необходимо помнить, что:

• при последовательном соединении аккумуляторов суммируется напряжение (В), а емкость (А-ч) не меняется;
• при параллельном соединении аккумуляторов/цепочек аккумуляторов суммируется емкость (А-ч), а напряжение не меняется.

Это правило показывает, как легко может ввести в заблуждение параметр Емкость батареи (А-час) без указания вольтажа батареи (чем иногда грешат описания недорогих комплектов в неспециализированных Интернет-магазинах). Реальный запас энергии батареи отражает ее энерго-емкость, то есть произведение вольтажа на емкость. Таблица ниже показывает, что батарея с одной и той же емкостью в А-ч будет подразумевать совершенно разное число аккумуляторов (и, разумеется, запас энергии) для инверторов с разным номиналом напряжения:

Максимальная энергоемкость (разряд на 80%) батареи из аккумуляторов 12Вх200А-час
Номинал инвертора	12В	24В	48В
Число аккумуляторов 12В-200А-час в цепочке	1 шт.	2 шт.	4 шт.
Емкость 1 цепочки (А-час)	200 А-час	200А-час	200А-час
Энергоемкость цепочки аккумуляторов	1.92 кВт-час	3.84 кВт-час	7.68 кВт-час

вверх

Предлагаемое оборудование

В настоящее время мы предлагаем герметизированные необслуживаемые аккумуляторы производства Haze Battery (английский бренд Haze, завод в Китае) и Delta (Китай). Оба производителя — это хороший (так называемый «государственный») Китай: Haze — официальный поставщик для Мегафон и МТС, Delta также поставляет огромные партии батарей региональным телеком-операторам. Гелевые и AGM батареи Haze / Delta сочетают высокие эксплуатационные характеристки (надежность, долговечность) и низкую цену.

Подробнее об этих батареях читайте здесь.

Для систем резервного электроснабжения на базе наиболее мощной модели Outback VFX3048 чаще всего  используются такие комплекты батарей:

• 4 шт. АКБ 12В х 200 (220) А-ч —  батарея 48В х 200 (220)А-ч / вес ~280 кг
• 8 шт. АКБ 12В х 200 (220) А-ч —  батарея 48В х 400 (440)А-ч / вес ~560 кг
• 12 шт. АКБ 12В х 200 (220) А-ч —  батарея 48В х 600 (660)А-ч / вес ~840 кг
• 16 шт. АКБ 12В х 200 (220) А-ч —  батарея 48В х 800 (880)А-ч / вес ~1120 кг

Также под заказ мы поставляем необслуживаемые  GEL аккумуляторы Trojan (США) категории DeepCycle, которые значительно лучше работают в циклических режимах заряда-разряда и имеют больший срок службы.

Все поставляемые АКБ произведены по международному стандарту, сертифицированы, опробованы и на 100% подходят для использования в системах резервного электроснабжения.

Прайс-лист на аккумуляторы для инверторов

вверх

вверх

Аварийное электроснабжение для частного загородного дома и квартиры

Автор: Abramova Olesya
Раздел: Электроснабжение для дома, коттеджа и квартиры

Решение для автономного и частично автономного электроснабжение небольшого дома или трейлера на оборудовании Victron Energy.

Читать далее…

Автор: Abramova Olesya
Раздел: Электроснабжение для дома, коттеджа и квартиры

Высокоэффективные солнечные электростанции SmartFlower в Украине. Компания Best Energy Ltd. обеспечит прямые поставки и услуги по установке.

Читать далее…

Автор: Abramova Olesya
Раздел: Электроснабжение для дома, коттеджа и квартиры

Читать далее…

Автор: Abramova Olesya
Раздел: Электроснабжение для дома, коттеджа и квартиры

Солнечная электростанция для домашнего использования с несколькими режимами работы возможностью удаленного мониторинга.

Читать далее…

Автор: Abramova Olesya
Раздел: Электроснабжение для дома, коттеджа и квартиры

Читать далее…

Современные стандарты строительства частных домов, коттеджей и квартир предполагают наличие системы аварийного электроснабжения, которая в автоматическом (по желанию – в ручном) режиме производит подачу электроэнергии в случае аварийного отключения электричества. Остановимся на базовых архитектурах подобных систем, их типах и других нюансах.

Архитектура аварийного электроснабжения

Прежде всего, необходимо определить цели создания системы аварийного электроснабжения, это позволит реализовать данную систему эффективно и с минимальными расходами бюджета. Ниже приведены основные архитектуры аварийных систем для дома:

• На основе аккумуляторов (инверторы, источники бесперебойного питания, солнечные электростанции, электрогенераторы, гидроэлектростанции). Классическая система: установка достаточного количества аккумуляторов свинцово-кислотного или другого типа с инвертором напряжения и зарядным устройством. Продвинутая схема: в качестве источника энергии для заряда аккумуляторов используется энергия Солнца, ветра или воды. Избыток электроэнергии может расходоваться для электроснабжения дома или сбрасываться в электрическую сеть по «зелёному» тарифу.

• На основе топливного генератора (газовые, бензиновые и дизельные генераторы). Когда требуется очень длительное время резервного питания или нагрузка достаточно велика, экономически выгоднее применять дизельные генераторы, которые комплектуются специальной автоматикой – автоматический ввод резерва (АВР), благодаря которой осуществляется автоматический запуск и остановка генератора в момент пропадания и возобновления электроснабжения соответственно.

• На основе аккумуляторов и топливного генератора. Гибридная схема работы позволяет в непродолжительные отрезки времени использовать энергию аккумуляторов, по достижению разряда аккумуляторов до заданного уровня, автоматически произойдет запуск бензинового или дизельного генератора. Данная архитектура хороша тем, что аккумуляторы моментально получают заряд, а дом получит аварийное электроснабжение без прерывания на время запуска топливного генератора.

Типы системы аварийного электроснабжения

• OFFLINE – к данному типу относится система резервного электропитания на основе классических инверторов напряжения с зарядным устройством, которые не обеспечивают двойное преобразование напряжения и допускают кратковременное пропадание напряжения 4 – 20 мс при переключении режима работы «СЕТЬ<=>АКБ». Также к данной категории можно отнести топливные генераторы, которым требуется до 1 до 3 минут до выхода в номинальный режим работы.

• LINE-Interactive – данный тип полностью соответствует OFFLINE, но в системе электроснабжение дома устанавливается стабилизатор напряжения на вводе, который обеспечивает защиту от любых аварий сети, кроме полного пропадания напряжения. Этот вариант является оптимальным, т. к. стабилизатор корректирует уровень напряжения перед инвертором и АВР, что позволит избежать частых переходов на работу от аккумуляторов, которые пагубно сказываются на сроке службы батарей.

• ONLINE – максимальная защита от любых аварий сети, которая достигается при помощи источников бесперебойного питания (ИБП), в основе которых лежит топология работы «VFI 111». Благодаря данной технологии выходное напряжение и частота не зависят от входных. В момент пропадания напряжения на выходе источника бесперебойного питания не происходит прерывания, любое подключенное оборудование продолжает нормальную работу. Однако нужно учитывать, что для больших мощностей данная схема может оказаться достаточно дорогостоящей, поэтому для увеличения срока аварийного электроснабжения дома и коттеджа также рекомендуется применять дизельные генераторы. Стабилизаторы напряжения, устанавливаемые на вводе, также существенно снижают нагрузку на аккумуляторы ИБП и продлевают их ресурс на несколько лет.

Мощность системы

В зависимости от потребностей Заказчика, проектируется система для оптимального решения поставленной задачи, поэтому нередко аварийная система электроснабжения дома затрагивает только ключевые узлы: система отопления, система безопасности, система освещения и развлекательные системы (TV, audio и т. д.), ключевые потребители (холодильник, компьютер, некоторые розетки), но при этом электропитание не поступает на такие потребители, как нагревательный бак, кондиционер и т. д. Данный подход позволяет существенно уменьшить мощность системы и размер бюджета, требуемого на реализацию данного проекта.

Мониторинг системы

Современное оборудование, которое применяется для создания систем аварийного электроснабжения квартиры и дома, имеет достаточно широкие опции для удобного мониторинга и управления. Как правило, практически всегда есть возможность установки удаленной панели контроля, которая отличается весьма привлекательным дизайном и гармонично сочетается с интерьером. Также есть возможность удаленного контроля посредством интернет, когда вы может получать данные о вашей солнечной электростанции или системе аварийного электроснабжения при помощи смартфона, планшета, компьютера или даже телевизора.

Обслуживание

Компания BEST ENERGY более 20 лет проектирует и инсталлирует системы аварийного электроснабжения для частных и промышленных объектов. Наши специалисты регулярно проходят аттестацию на европейских заводах-производителях применяемого нашей компанией оборудования. Приобретая подобную систему, вы приобретаете безупречное качество и сервис.

Системы накопления энергии

При проектировании систем электроснабжения дома или предприятия основополагающим является качество и надежность электроэнергии, поставляемой для потребителей. Следить за этими параметрами призваны электронные системы стабилизации и управления потоками энергии от различных источников: инверторы, стабилизаторы, источники бесперебойного питания и др.

Инвертор – сердце системы бесперебойного электроснабжения. Основная его задача – следить за качеством электроэнергии, поступающей от внешней сети и управлять потоками энергии от различных источников – внешняя сеть, аккумуляторы, солнечные панели, ветрогенератор, дизель-генератор и т.д. Выход инвертора подключен к потребителям электрической энергии. На него всегда поступает чистая синусоида с правильным напряжением и частотой. Эти параметры можно задавать в настройках в зависимости от потребностей нагрузки. Инвертор следит за качеством поступающей из внешней сети электроэнергии. В случае отклонения параметров от заданных или аварийной ситуации он переключает электроснабжение от внешней сети на аккумуляторы.

Аккумуляторные батареи для автономного питания 

Аккумуляторы через встроенное зарядное устройство могут заряжаться от нескольких источников: внешняя сеть, солнечные батареи или ветрогенератор, бензиновый или дизельный генератор. Мощность аккумуляторов подбирается в зависимости от мощности нагрузки. Оптимальным является обеспечение работы резервируемого оборудования в течение 3-4 часов. Обычно, этого времени хватает на устранение небольших аварий сети. Если время резервирование необходимо 10 и более часов, то лучше использовать топливный генератор. Система управления инвертором может выставлять приоритеты подключения источников энергии к нагрузкам. Например, пока есть солнце – вся энергия от него идет в нагрузку и на заряд аккумуляторов, когда солнца нет – подключаются аккумуляторы, когда разрядились аккумуляторы – переключаемся на внешнюю сеть. При отключении всех источников может подаваться команда на автоматический запуск дизель-генератора.

Источники бесперебойного питния (ИБП)

Источник бесперебойного питания – это инвертор, который работает только с внешней сетью и аккумуляторами. Пока есть внешняя сеть – заряжаются аккумуляторы и питается нагрузка. В случае отключения сети – нагрузка переключается на питание от аккумуляторных батарей. Как правило, ИБП имеют у себя на борту аккумуляторные батареи, которые обеспечивают автономную работу нагрузки до 30 минут. В случае подключения внешних аккумуляторов время резервирования может увеличиться до нескольких часов. ИБП применяют для резервирования критичной к пропаданию питания нагрузке: отопительные системы, холодильники, освещение, компьютерные системы, охранные системы, видеонаблюдение и т.д.

Стабилизаторы – обеспечивают заданное стандартом напряжение на выходе, а также, защищают нагрузку от аварийных ситуаций во внешней сети: скачки напряжения, короткое замыкание, обрыв фазы или нуля и т.д. По принципу работы стабилизаторы бывают механические, электро-механические и электронные. Электронные стабилизаторы обеспечивают наименьшее время и плавность срабатывания, а также наибольшую точность стабилизации. Стабилизаторы применяют если нужно исправить плохое качество внешней электросети и защитить потребителей от аварийных ситуаций.

Правильный аккумулятор для дома на колёсах / Хабр

А помните время, когда было достаточно просто палатки для выезда?

Нельзя просто так взять и воткнуть обычный аккумулятор в дом на колёсах, лодку или автономный источник питания где-то в горах. Точнее, можно. Но через короткое время он деградирует, и его придётся выбросить. Многие через это проходили, когда пытались использовать обычные стартерные батареи в качестве ИБП для домашнего сервера или как буфер для солнечной батареи.

Чтобы батарея не умирала от глубокого разряда, её внутренняя структура должна быть оптимизирована для таких сценариев. Например, для свинцово-кислотных аккумуляторов нужны более толстые пластины иной конфигурации. Как альтернатива пойдёт литий-ионный вариант, но он очень дорог в пересчёте на запасаемую энергию. Литий имеет смысл использовать там, где вы самостоятельно тащите эту батарею на себе, например, в походах. В остальных ситуациях классические свинцово-кислотные батареи по-прежнему — самый дешёвый способ запасти энергию. Сегодня я расскажу о том, что будет со стартовым аккумулятором при его эксплуатации в качестве резервного и какой тип надо было брать изначально.

Что такое сульфатация

Свинцово-кислотные аккумуляторы постепенно вытесняются литием во многих сферах, в первую очередь — там, где требуются малый вес и высокая энергоёмкость. Условный телефон с пластинами свинца был бы весьма специфичным девайсом. Тем не менее они до сих пор актуальны там, где нужно запасти большой объём энергии за умеренную цену, а вес особо некритичен. На велосипед, например, в качестве вспомогательного тягового аккумулятора не поставишь: замучаешься тащить. А вот в автодом, как резервный аккумулятор на дачу или катер — запросто. Там вес всё равно неважен, а цена на литий уже кусается.

Всё бы хорошо, но у свинцово-кислотных есть одна очень неприятная особенность — они катастрофически быстро деградируют при чрезмерном разряде. По мере разряда свинец на катоде из диоксида постепенно переходит в сульфат. На аноде аналогично идёт образование сульфата свинца, но уже не из оксида, а из чистого губчатого свинца.

Реакция на положительном электроде (зарядка идёт слева направо):

Реакция на отрицательном электроде (зарядка идёт слева направо):

В норме эта реакция почти обратима. Чем более мелкодисперсные кристаллы сульфата свинца образуются, тем легче протекает обратная реакция при зарядке. Кристаллы мелкие, а внутреннее сопротивление пластины невелико, пока батарея не сильно разряжена. Грубо говоря, когда вы разрядили батарею на 20–30 % — всё хорошо. До 100 % можно будет зарядить практически без потерь.

Вот так выглядят новые пластины
Положительная пластина до процесса формирования.

Зеленоватая отрицательная пластина до процесса формирования.

Если аккумулятор разряжать достаточно сильно, а тем более в ноль и подержать некоторое время в разряженном состоянии, то кристаллы сульфата свинца станут настолько крупными (процесс перекристаллизации), что начнут деактивировать активную массу, превращая её в балласт и разрывая внутреннюю структуру пластин. Более крупные кристаллы сульфата свинца, образующиеся на поверхности, печально отвалятся от основной массы и осядут на дне аккумулятора. С этого момента они не смогут участвовать в реакции заряда. Но даже кристаллы, оставшиеся на пластине, из-за своего высокого сопротивления будут очень неохотно превращаться обратно в металлический свинец и оксид. Суммарная рабочая площадь пластин резко падает, и батарея отправляется на утилизацию. Особенно сильно пострадает типовая АКБ от вибрации в разряженном состоянии — это ускорит осыпание пластин.

Если немного поработать ножовкой, то можно добраться до внутренностей аккумулятора. В домашних условиях так делать не надо: они необслуживаемые и с недружелюбной кислотой внутри. Мы такие операции с распиливанием иногда проводим для экспертной оценки того, как чувствует себя аккумулятор после гарантийного срока службы. Вскрытие показало, что пациент умер от вскрытия и мог бы ещё поработать.

Вот так выглядят разряженные пластины. Белёсые участки — это сульфат свинца в виде кристаллов, которые уже не участвуют в электрохимической реакции разряда.

Как восстановить активную массу?

Многие производители стараются бороться с этим различными способами. Мы используем специальные углеродные добавки в активную массу отрицательных пластин для снижения их внутреннего сопротивления, увеличения скорости заряда и снижения риска образования крупных, плохо растворимых кристаллов сульфата свинца. Технологию назвали Carbon Boost, я уже упоминал о ней в прошлых постах. И всё же это не панацея, и даже самые защищённые аккумуляторы умирают от длительного недозаряда даже с учётом стекловолоконной технологии в AGM и использования Carbon Boost.

Частично растворить крупные структуры можно специальными зарядными устройствами, но это всё равно не вернёт исходных параметров батареи, так как часть активной массы просто осыплется на дно АКБ. Хотя бывают варианты и похуже.

Правильный тип аккумулятора

Фундаментальный принцип проектирования почти любой батареи заключается в том, что мы выбираем либо более высокую ёмкость, либо более высокие токи при прочих равных. В свинцово-кислотных АКБ это достигается в первую очередь балансом между толщиной пластин и их количеством. Более тонкие пластины позволяют разместить больше пластин в батарее. Увеличение рабочей площади пластин даёт более мощный выброс энергии, необходимой для запуска двигателя. Более толстые пластины повышают устойчивость к циклам, обеспечивая безопасное, более глубокое и продолжительное время разряда, и могут использоваться для питания различного оборудования.

Стартерные батареи и батареи долгосрочного питания сильно отличаются по строению и используются в различных целях.

Собственно именно этот баланс и важен при выборе аккумулятора. Аккумулятор для запуска двигателя должен иметь возможность отдать большой ток даже в условиях зимы, поэтому в нём применяется больше пластин для достижения большей рабочей поверхности. Он очень редко питает что-то значительное, когда двигатель выключен. По сути, если у вас работают автомагнитола, обогреватель сидений и фары, то почти всегда в этот момент двигатель заведён, и основное питание потребителей обеспечивает генератор.

У автодомов всё не так. Если вы едете в дикую местность на автодоме, то вряд ли будете стоять с заведённым двигателем. Как ни крути, но на холостом ходу двигатель всё равно будет непрерывно жрать топливо. Поэтому подразумевается, что вы накопите достаточное количество энергии по дороге к стоянке в аккумуляторах, а запуск двигателя — это скорее аварийный вариант, если вы не рассчитали ваши потребности и время стоянки.

Резервная батарея чаще всего должна работать, когда двигатель выключен. Обычно это не очень мощные потребители: неяркое светодиодное освещение, компактный холодильник, который скорее термос, и тому подобное. Высокие пиковые токи тут совершенно не нужны. Но зато гораздо более востребованы более энергоёмкие аккумуляторы, способные дольше отдавать энергию. В структуре таких батарей используется меньшее количество более толстых пластин, и как следствие — с меньшей рабочей площадью.

Если провести аналогию, то стартовые аккумуляторы — спринтеры, а резервные — бегуны на длинные дистанции.

Equipment-линейка — самая энергоэффективная и живучая на длинных дистанциях.

У Exide есть две-три ключевые линейки батарей, при этом, как показано на картинке, для одного и того же запаса энергии могут понадобиться три обычных Exide Dual, или один гелевый, или литиевые аккумуляторы:

1. Starter (обычный, AGM) — отдают пиковые токи и предназначены только для запуска двигателя. В качестве источника резервного питания они не подходят: в таком режиме эксплуатации они быстро выйдут из строя.
2. Dual (обычный, AGM и EFB ) — промежуточный вариант, совмещающий два режима работы: пуск двигателя и питание электрооборудования. Они могут отдать большой ток и лучше переносят сильный разряд. Ими можно запустить двигатель, и при этом они подойдут для использования в качестве источника для не очень прожорливого оборудования, например, освещения, телевизора, зарядки электробритвы или насоса для циркуляции воды. При этом более продвинутая технология EFB с применением Carbon Boost и AGM даёт больше запаса энергии из расчёта на килограмм и большую скорость приёма заряда.
3. Equipment (AGM, GEL, Li-ion) — специально для питания оборудования. Двигатель ими в теории завести можно, но это не их профиль: пиковые токи у них существенно ниже. Зато заряд они держат очень долго и могут длительное время питать много разных потребителей. В принципе, если такие аккумуляторы установить на моторную лодку, они вполне смогут длительное время питать ультразвуковой сонар для поиска рыбы или навигационное оборудование. При этом двигатель можно длительное время держать выключенным, чтобы не мешать рыбалке.

Обратите внимание, что за счёт применения различных технологий и более толстых пластин можно глубже безопасно разряжать аккумуляторы резервного питания.

Что ещё важно учитывать?

Для правильного подбора аккумулятора необходимо оценить суммарную мощность всех энергопотребителей и необходимое время работы между перезарядками:

Когда вы рассчитываете энергоёмкость, которая вам потребуется для автономной работы, всегда накидывайте 20 % как коэффициент безопасности. Это хороший резерв на случай превышения квоты и будущей деградации аккумуляторов.

Не забывайте про контроллер заряда и мониторинг. Иначе вы можете приехать в свой замечательный автономный дом в горах и обнаружить, что солнечные батареи занесло снегом два месяца назад, а аккумуляторы разрядились в ноль и теперь кандидаты под замену. Всегда оставляйте пару свободных процентов заряда для возможности подачи аварийного сигнала.

Аккумуляторы для автономного и резервного электроснабжения

Дополнительное оборудование  → Аккумуляторы

Каталог аккумуляторов для солнечных систем и систем резервирования находится здесь

 

  Аккумулятор (лат. accumulator накопитель) — это буфер для накопления электрической энергии при помощи обратимых химических процессов. Эта обратимость химических реакций, происходящих внутри аккумулятора и дает ему возможность работать в циклическом режиме постоянных зарядов и разрядов. Чтобы зарядить аккумулятор. нужно пропустить через него ток в направлении встречном направлению тока при разряде. Аккумуляторы можно объединять в моноблоки, и тогда их называют аккумуляторными батареями. Основным параметром, характеризующим аккумулятор является емкость. Емкость — это максимальный заряд, который может принять конкретный аккумулятор. Чтобы измерить емкость аккумулятор разряжают в течении определенного времени до определенного напряжения. Измеряют емкость в кулонах, джоулях и Ач(амперчасах). Иногда, преимущественно в США, емкость измеряется Вт*ч. Соотношение между этими единицами такое 1Вт*ч=3600 Кл, а 1Вт*ч=3600Дж. Правильный заряд аккумулятора происходит в несколько стадий. В большинстве случаев это 4 стадии: стадия накопления(bulk), стадия поглощения(absorbtion), стадия поддержки(float) и стадия выравнивания(equalization). Стадия выравнивания актуальна только для аккумуляторов открытого типа(их еще называют flooded), выполняют её по определенному графику. Операция эта сродни «кипячению» электролита в аккумуляторе, но позволяет перемешать электролит, который со временем расслаивается. В конечном итоге правильное выравнивание позволяет увеличить срок эксплуатации аккумулятора. Основная причина выхода аккумулятора из строя это сульфатация рабочих пластин. Образование окисла на свинцовых пластинах называется сульфатацией. Производители аккумуляторов сообщают, что эта причина составляет до 80% всех отказов аккумуляторов. Кроме перемешивания электролита, выравнивание очищает пластины от сульфатов, и впоследствии нагрузка на пластины распределяется равномерней. Во время процесса выравнивания выделяется значительное количество гремучей смеси кислорода и водорода. Поэтому нужно уделить серьезное внимание вентиляции помещения аккумуляторной. Существуют современные промышленные аккумуляторы открытого типа в которых электролит принудительно циркулирует. Кроме аккумуляторов с жидким электролитом существуют еще АКБ герметичного типа. В таких аккумуляторах выравнивание не нужно, а при остальных стадиях заряда газообразования не происходит.

  Энергия многих источников энергии нужна не тогда, когда она доступна(в первую очередь это относится к солнечным батареям), собственно поэтому её и приходится запасать. Работа нагрузки не должна зависеть от освещенности солнечных батарей, и поэтому даже в дневное время наличие аккумулятора необходимо. Конечно при этом должен быть баланс между приходящей от СБ энергией и количеством энергии, уходящей в нагрузку. Аккумуляторы, применяемые в различных энергетических системах различаются по: номинальному напряжению, номинальной емкости, габаритам, типу электролита, ресурсу, скорости заряда, стоимости, рабочему диапазону температур и пр. Аккумуляторы в фотоэлектрических системах обязаны удовлетворять ряду требований: большая цикличность(количество выдерживаемых циклов заряда/разряда), малый саморазряд, по возможности большой зарядный ток(для гибридных систем с жидкотопливными генераторами), широкий диапазон рабочих температур, а также минимальное обслуживание. С учетом этих требований для различных систем электроснабжения созданы аккумуляторы глубокого разряда. Для солнечных систем существует их модификация solar. Такие АКБ имеют огромный ресурс при циклической работе. Аккумуляторы стартерного типа для работы в таких режимах мало пригодны. Они «не любят» глубокие разряды и разряды малыми токами, имеют большой саморазряд. Срок их службы в таких условиях невелик. Их штатный режим — это кратковременный разряд большим током, тут же восстановление заряда, и ожидание следующего пуска стартера в заряженном состоянии. Если провести аналогию со спортом, то стартерная АКБ это спринтер, а специализированная АКБ это марафонец. Наиболее популярны в настоящее время свинцово-кислотные аккумуляторы. В них меньше удельная стоимость 1кВт*ч, чем у их собратьев, произведенных по другим технологиям. В них больше КПД и шире температурный диапазон работы. Например, эффективность свинцово-кислотного АКБ лежит в пределах 75-80%, а эффективность щелочного АКБ не более 50-60%. По некоторым параметрам щелочные аккумуляторные батареи все таки превосходят «свинец». Это их огромный ресурс в живучести, возможность восстановления путем замены электролита, работа при очень низкой температуре. Но некоторые моменты делают их малопригодными в ФЭС. К ним относятся малый КПД и малая восприимчивость к зарядке малым током. Это приводит к безвозвратной потере значительной части энергии, которая достается с такими усилиями. Вдобавок для аккумуляторной батареи щелочного типа очень трудно подобрать контроллер заряда, а контроллеры с возможностью настройки режимов заряда дорогие.

  Теперь перейдем к более подробному рассмотрению аккумуляторов наиболее часто применяемых в системах бесперебойного и автономного электроснабжения. Три основных типа это АКБ технологии AGM, GEL и Flooded.

— GEL-технология Gelled Electrolite появилась в середине XX века. К электролиту подмешивается SiO2, и спустя 3-5 часов электролит становится желеобразным. В этом желе имеется масса пор, которые заполнены электролитом. Именно такая консистенция электролита позволяет работать GEL аккумулятору в любом положении. Аккумулятор такой технологии является необслуживаемым.

— AGM-технология Absorptive Glass Mat появилась на 20 лет позже. Вместо загущенного до желе электролита в них применяется стекломат, который пропитывают электролитом. Поры стекломатов электролит заполняет не до конца. В оставшемся объеме происходит рекомбинация газов.

— Flooded -аккумуляторы с жидким электролитом(заливные) по прежнему имеют широкое применение. Будучи снабжены рециркуляционными клапанами они переходят в класс малообслуживаемых АКБ. Такие клапана не допускают выделения газов, а проверять уровень электролита нужно лишь раз в год. Это снимает ограничения на размещение Flooded аккумуляторов внутри помещений. Аккумуляторы открытого вида более выносливы по сравнению с необслуживаемыми аккумуляторами, удельная стоимость Ач в них ниже и они лучше поддаются балансировке.

  Каждый из вышеописанных типов аккумуляторов имеет подкласс панцирных аккумуляторов. Отличительной особенностью таких АКБ являются решетчатые пластины и электроды в виде трубок. Подобная технология существенно увеличивает число зарядно-разрядных циклов. Причем глубоких разрядов до 80%. Электропогрузчики, ФЭС и другая силовая электротехника широко используют такие АКБ. Маркируют их OPzS и OPzV.

  Увеличение емкости АКБ достигается тем, что моноблоки АКБ объединяются путем параллельного, последовательного или параллельно-последовательного соединения . Для последовательного соединения аккумуляторов необходимо использовать аккумуляторы одной емкости. При этом суммарная емкость равна емкости одного аккумулятора, а напряжение равно сумме напряжений отдельных АКБ. При параллельной коммутации АКБ, напротив, складываются емкости и суммарная емкость увеличивается, а напряжение блока равно исходному напряжению отдельного АКБ. Параллельно-последовательная коммутация ведет к увеличению и напряжения и емкости блока. В один блок можно объединять только идентичные аккумуляторы. Т.е. они должны быть одного напряжения, емкости, типа, возраста, производителя и желательно одной партии выпуска(разница не более 30 дней). С течением времени АКБ, соединенные последовательно, и особенно последовательно-параллельно подвержены разбалансировке. Это значит, что суммарное напряжение последовательных АКБ соответствует норме для зарядного устройства, но в самой цепочке напряжения одиночных аккумуляторов значительно отличаются. Как следствие часть аккумуляторов перезаряжается, а другая часть недозаряжается. Это существенно уменьшает их ресурс. Специальные устройства балансировки позволяют свести к минимуму это вредное явление. В крайнем случае необходимо 1-2 раза в год проводить заряд каждого аккумулятора индивидуально. Для последовательно-параллельного соединения аккумуляторов рекомендуется делать перемычки между средними точками(это несколько способствует самовыравниванию), а также чтобы сбалансированно снимать мощность: плюс нужно «брать» с ближайшего аккумулятора, а минусовой контакт с диагонально расположенного. Чтобы аккумуляторные батареи было удобно обслуживать и монтировать их размещают на металлических стеллажах.

  Любой 12-ти вольтовый моноблок состоит из 6 блочков по 2В. В связи с этим чтобы набрать блок аккумуляторов большой емкости рекомендуется не параллельное соединение 12-ти вольтовых моноблоков, а последовательное соединение 2-х вольтовых блоков большой емкости. Ресурс такой «сборки» значительно выше. Кроме того большинство производителей не рекомендует параллелить более 4-х цепочек. Это связано с проблемой разбалансировки и вытекающей из этого различной степени старения отдельных аккумуляторов. Но например германский концерн Sonnenschein разрешает коммутировать параллельно до 10 цепочек. При расчете ФЭС обычно закладывается такая емкость аккумулятора, чтобы после автономии в течении заданного количества пасмурных дней в условиях отсутствия заряда из вне, глубина разряда аккумулятора не превысила 50%, а лучше 30%. Впрочем эти цифры не догма, и все зависит от конкретного проекта. Подробнее об этом можно прочесть в разделе «Расчет фотоэлектрической системы». Правильная эксплуатация аккумуляторной батареи подразумевает соблюдение:

1) Значений зарядных и разрядных токов не выше их номинала. Разряд АКБ недопустимо большим током приведет к быстрому износу пластин и преждевременному старению АКБ. Заряд же большим током снижает объем электролита. Причем в герметичных АКБ выкипание электролита необратимо- АКБ высыхает и погибает.

2) Глубины разряда аккумулятора. Глубокие разряды, а тем более систематические, причина частой замены аккумуляторных батарей и удорожания системы. Типичный график взаимозависимости глубины разряда АКБ и количества циклов заряда/разряда расположен ниже.

3) Величин напряжений стадий заряда и внесение температурной компенсации в эти напряжения при нестабильной температуре в аккумуляторной. На странице контроллеры заряда это описано более подробно. По напряжению аккумулятора невозможно точно определить уровень её заряда, но можно сделать оценку уровня заряда. Таблица ниже показывает эту связь.

Тип АКБ	25%	50%	75%	100%
Свинцово-кислотная	12,4	12,1	11,7	10,5
Щелочная	12,6	12,3	12,0	10,0

 

Напряжения различных стадий заряда также зависят от температуры. Производители указывают температурный коэффициент в документации на продукцию. Обычно этот коэффициент лежит в пределах 0.3-0.5В/градус:

Температура батареи, Co	Напряжение, В
0	15,0
10	14,7
20	14,4
30	14,1

 

  Температура внешней среды оказывает существенное влияние на параметры акккумулятора. Работа аккумулятора при высоких температурах резко сокращает ресурс АКБ. Это связано с тем, что все негативные химические процессы ускоряются при повышении температуры. Повышение температуры аккумуляторной батареи всего лишь на 10°С ускоряет коррозию в 2(!) раза.Таким образом аккумулятор, эсплуатируемый при 35°С проживет в 2 раза меньше, чем такой же точно АКБ при 25°С. Следующий график показывает зависимость ресурса аккумулятора от его температуры.

  Не нужно забывать о том, что аккумуляторы нагревается при заряде, и его температура может превышать температуру в помещении на 10-15°С. Особенно это заметено, когда идет ускоренный заряд большим током. Поэтому не рекомендуется располагать аккумуляторы вплотную друг к другу, затрудняя естественный обдув и охлаждение.

  Следующим параметром свинцово-кислотных АКБ является саморазряд. При хранении в стандартных условиях(20°С) аккумуляторы обычно разряжаются со скоростью 3% в месяц. Длительное хранение без подзаряда приводит к сульфатации отрицательных пластин. Периодической подзарядки 1-2 раза в год достаточно для поддержания АКБ в хорошем состоянии. Повышенная температура ускоряет саморазряд. Следующий график иллюстрирует зависимость саморазряда от температуры.

  Рассчитывая систему, нужно помнить о том, что разрядные характеристики АКБ нелинейны. Это значит, что разряд аккумулятора током в 2 раза большим током не сократит время нагрузки в 2 раза. Такая зависимость верна лишь для малых токов. Для больших токов необходимо использовать для расчета таблицы разрядных характеристик, предоставляемые производителем. Ниже располагается для примера одна из таких таблиц.

  В двух словах о тестировании аккумуляторов. Самыми простыми являются КТЦ(контрольно-тренировочный цикл), проверка плотности электролита ареометром и тест при помощи нагрузочной вилки. К более современным методам относятся всевозможные тестеры емкости. Все методы имеют свои плюсы и минусы. КТЦ отнимает много времени, и к тому же АКБ необходимо выводить из эксплуатации. Проверка уровня и плотности электролита не дает полной картины. Качественные тестеры тестируют АКБ за 3-5 секунд, разряжать аккумулятор не нужно, но такие тестеры очень дорогие. В зависимости от назначения системы мы применяем в нашей практике АКБ таких производителей как Sonnenschein, Fiamm, Haze, Rolls, Trojan, Ventura, Shoto, Delta. Эти компании производят очень широкий перечень продукции и возможно подобрать АКБ для любого проекта.

  

  В связи со значительным снижение цен на солнечные панели за последние 2-3 года, АКБ стали самым дорогостоящим элементом ФЭС, имеющим их в своем составе. Их первоначальная стоимость велика, и к тому же они являются практически расходным материалом. Из этого следует, что нужно обращать особое внимание на выбор АКБ для проекта, а также последующую правильную их эксплуатацию. Иначе стоимость системы будет расти как снежный ком. Обычно в документации к АКБ производители указывают срок службы в буферном режиме и при идеальных условиях экплуатации(температура 20°С, редкие неглубокие разряды, постоянный оптимальный заряд). Даже в резервной системе такие условия обеспечить очень трудно. А в автономном режиме картина совершенно иная. Постоянный заряд/разряд — это очень тяжелые условия работы.

  Подводя итог ко всему вышесказанному перечислим факторы снижающие ресурс АКБ

• Перезаряд. Он опасен выкипанием электролита. Этого не допустит контроллер заряда или зарядное устройство инвертора;
• Систематический недозаряд. Необходимо 1-2 раза в месяц производить заряд АКБ на 100%;
• Глубокий разряд. Не нужно глубоко разряжать АКБ. Это может предотвратить контроллер заряда или инвертор с настройкой напряжения отключения генерации или иное стороннее  устройство. Не так страшен глубокий разряд, как хранение разряженного АКБ. АКБ нужно немедленно заряжать после глубокого разряда;
• Разряд АКБ непомерно большими токами. Нагрузки с пусковыми токами нужно учитывать при расчете емкости АКБ. В противном случае пластины внутри АКБ неравномерно истоньшаются и аккумулятор придет в негодность  преждевременно;
• Заряд АКБ чрезмерными токами (более 20% емкости) «высушивает» аккумулятор и сокращает срок его службы. Особенно критичны к этому GEL аккумуляторы. Ознакомьтесь на этот счет с рекомендациями производителя;
• Высокая температура при эксплуатации. Оптимальная для аккумулятора температура 20-25°C. При температуре 35°C ресурс аккумулятора уменьшается в 2 раза.

  Чтобы сделать попытку восстановить «убитые» АКБ рекомендуется заряжать их очень малым током(1-5% емкости), а затем разряжать большим током(до 50% от емкости АКБ). Эта процедура разрушает слой окисла на пластинах и есть небольшой шанс восстановить часть емкости АКБ. Таких циклов нужно провести не менее 5-10. «Каталог аккумуляторных батарей» предлагаемых нами находится здесь. В ходе обсуждения заказа могут быть предложены и другие марки АКБ, не включенные в каталог.

 

      Бережно относитесь к аккумуляторам и они будут служить Вам положенный срок, а не попадут на свалку раньше времени!

 

Как правильно использовать аккумулятор в блоке питания ИБП

В процессе использования системы питания ИБП люди в одностороннем порядке думают, что аккумуляторная батарея не требует обслуживания, и не обращают на это внимания. Однако данные показывают, что доля отказов мэйнфрейма ИБП или ненормальной работы, вызванной отказом батареи, составляет около 1/3. Следовательно, становится все более и более важным усилить правильное использование и обслуживание батарей ИБП для продления срока службы батарей и снижения частоты отказов систем ИБП.

В дополнение к выбору аккумуляторов обычных производителей, чтобы правильно использовать и обслуживать аккумуляторы, мы должны исходить из следующих аспектов:

1. Поддержание соответствующей температуры окружающей среды

Температура окружающей среды является важным фактором, влияющим на срок службы аккумулятора. Оптимальная температура окружающей среды, требуемая производителями аккумуляторов, составляет от 20 ℃ до 25 ℃. Хотя разрядная емкость батарей увеличивается с повышением температуры, цена заключается в том, что срок службы батарей значительно сокращается.Согласно результатам испытаний, как только температура окружающей среды превысит 25 ℃, срок службы батареи будет сокращаться вдвое на каждые 10 ℃. В настоящее время батареи ИБП, как правило, представляют собой герметичные свинцово-кислотные батареи, не требующие обслуживания. Их расчетный срок службы обычно составляет пять лет, что может быть достигнуто только в условиях окружающей среды, требуемой производителями аккумуляторов. Если он не соответствует требуемым экологическим требованиям, срок его службы будет сильно различаться. Кроме того, повышение температуры окружающей среды приведет к увеличению химической активности внутри батареи, что приведет к выделению большого количества тепла и, в свою очередь, будет способствовать повышению температуры окружающей среды.Этот порочный круг ускорит сокращение срока службы батареи.

2. Регулярная зарядка и разрядка

Плавающее напряжение заряда и напряжение разряда в источнике питания ИБП были отрегулированы до номинального значения на момент отправки с завода. Ток разряда увеличивается с увеличением нагрузки. Нагрузку следует регулировать разумно при использовании, например, контролируя количество электронных устройств, таких как микрокомпьютеры. Обычно нагрузка не должна превышать 60% от номинальной нагрузки ИБП.В этом диапазоне разрядный ток аккумулятора не будет чрезмерным.

Поскольку ИБП подключен к муниципальному электричеству в течение длительного времени, в условиях высокого качества электроснабжения и небольшого количества отключений электроэнергии аккумуляторная батарея будет находиться в режиме плавающего заряда в течение длительного времени, что приведет к снижению активности преобразование химической энергии в электрическую, ускоряет старение и сокращает срок службы аккумулятора. Следовательно, разряд должен выполняться каждые 2–3 месяца, а время разрядки можно определить в зависимости от емкости и размера нагрузки аккумулятора.После разряда полной нагрузки подзаряжайте более 8 часов в соответствии с правилами.

3. Использование функций связи

В настоящее время подавляющее большинство ИБП большого и среднего размера имеют возможность обмена данными с микрокомпьютерами и программным управлением. Соответствующее программное обеспечение установлено на компьютере, а ИБП подключается через последовательные / параллельные порты. Запустив программу, компьютер может обмениваться данными с ИБП. Как правило, он имеет функции запроса информации, настройки параметров, настройки времени, автоматического отключения и сигнализации.Посредством информационного запроса может быть получена такая информация, как входное напряжение, выходное напряжение ИБП, коэффициент использования нагрузки, коэффициент использования емкости аккумулятора, внутренняя температура и частота сети. Путем настройки параметров можно установить основные характеристики ИБП, время обслуживания батареи и сигнал разряда батареи. Благодаря этим интеллектуальным операциям он значительно упрощает использование и управление источником питания ИБП и его батареями.

4. Своевременно заменяйте батареи.

В настоящее время количество аккумуляторов, оснащенных большими и средними ИБП, варьируется от 3 до 80 и даже больше. Эти отдельные батареи образуют аккумуляторные блоки через цепные соединения, чтобы удовлетворить потребности источника питания постоянного тока ИБП. При непрерывной работе и использовании ИБП из-за разницы в производительности и качестве производительность отдельных батарей ухудшается, а емкость аккумулятора не соответствует требованиям, и повреждение неизбежно. Если одна или несколько батарей в батарейном блоке повреждены, обслуживающий персонал должен проверить и протестировать каждую батарею, чтобы устранить поврежденные батареи.При замене батареек следует стремиться приобретать батареи того же типа, что и батареи того же производителя. Запрещается смешивать кислотостойкие батареи с герметичными батареями и батареями разных характеристик.

SOROTEC HP9116CR Высокочастотный онлайн-ИБП 1–10 кВА

1. Большой синий ЖК-дисплей с интерфейсом ， удобный. Чисто высокочастотный онлайн-ИБП ， со схемой регулировки напряжения обеспечивает надежную защиту питания в неблагоприятных условиях эксплуатации.
2. Комплексная электрическая изоляция и защита байпаса.
3. Коррекция коэффициента мощности на входе, снижение вреда от гармоник в электросети, удобство работы с небольшими генераторами.
4. Автоматическая сигнализация, функция самотестирования.
5. Широкий диапазон входного напряжения.
6. Обнаружение нейтрали и провода под напряжением, а также функция защиты данных.
7. При сбое основного питания ИБП переходит в режим постоянного тока, удобный и надежный; при восстановлении основного питания ИБП перезапускается автоматически.
8.N + X Параллельное резервирование и расширение емкости для 6–10 тыс.

Узнать больше

2019-05-27

Индивидуальный ИБП ESS Накопитель солнечного ветра Телекоммуникационная база Аккумулятор электропитания EV / RV 60 В LiFePO4 Батареи ПАКЕТ

Индивидуальный ИБП ESS Накопитель на солнечной энергии Ветер Телекоммуникационная база Аккумулятор EV / RV 60 В LiFePO4 Батареи

Описание продукта
Хранение аккумуляторной батареи LiFePO4 60 В с глубоким циклом 2000 раз

Индивидуальная аккумуляторная батарея Номинальное напряжение 12 В / 24 В / 36 В / 48 В / 60 В / 72 В являются дополнительными;
Материал: LiFePO4
Напряжение аккумуляторной батареи: 3.2V
Цикл жизни: 2000 раз
технический: принятый японский технический, китайское производство;

Конфигурация сборки ячейки

: 20S1P / 20S2P или индивидуальная.
Напряжение: 60 В
Емкость: 85 Ач / 120 Ач / 170 Ач / 240 Ач или по индивидуальному заказу;
Защита: PCM / BMS (опционально)
Гарантия: 12 месяцев.
Применение: для электромобилей / ИБП / СОЛНЦА / ВЕТРА / РЕЗЕРВНОЕ ПИТАНИЕ / Хранилище / БАНК ПИТАНИЯ / Телекоммуникационная станция

Основные характеристики
1. Легкий вес, меньший размер
2. Высокотемпературные характеристики
3. Чрезвычайно безопасный, без взрыва, без Пожар при столкновении
4.Сильное сопротивление переразряду и удержание заряда
5. Сильная способность к зарядке и возможность быстрой зарядки
6. Не требует обслуживания и не требует кислоты или воды для обслуживания при использовании
7. Большие возможности и длительный срок службы для всех приложений с высокой выходной мощностью
8 .Экологически чистый, нетоксичный, не загрязняющий, не содержащий редких металлов
9. Низкий саморазряд и хорошие характеристики разряда при низких температурах
10. Отличные характеристики разряда при большом токе, особенно при запуске и восхождении

Индивидуальный ИБП ESS Накопитель на солнечной энергии Ветер Телекоммуникационная база Аккумулятор для электромобилей EV / RV 60 В LiFePO4 Батарейки УПАКОВКА

Индивидуальный ИБП ESS Накопитель на солнечной энергии Ветер Телекоммуникационная база Аккумулятор для электромобилей EV / RV 60 В LiFePO4 Батарейки УПАКОВКА

Индивидуальный ИБП ESS Накопитель на солнечной энергии Ветер Телекоммуникационная база Аккумулятор для электромобилей EV / RV 60 В LiFePO4 Батарейки УПАКОВКА

Индивидуальный ИБП ESS Накопитель на солнечной энергии Ветер Телекоммуникационная база Аккумулятор для электромобилей EV / RV 60 В LiFePO4 Батарейки УПАКОВКА

Аккумуляторы | IFPUSA

Аккумуляторы запускаются с предварительно заправленным газом и без жидкости.При увеличении давления жидкости аккумулятор наполняется маслом, и газ сжимается. Когда давление на стороне жидкости уменьшается, газ расширяется для выравнивания и выталкивает жидкость из аккумулятора в жидкостную систему.

Есть три основных типа аккумуляторов: газовые (сжимаемость газа), собственный вес (сила тяжести) и пружинные (механические). Три основных типа конструкции газовых аккумуляторов: диафрагма, баллон и поршень.

Схема аккумуляторов

• Легкий и компактный по конструкции
• Более высокие степени давления, чем баллонные аккумуляторы
• Соотношение давлений обычно составляет 8: 1 и находится в диапазоне от 4: 1 до 10: 1
• Используется больше при небольшом объеме и расходе
• Возможна установка в любом положении
• Низкие эксплуатационные расходы

Накопители баллонные

• Быстрый отклик
• Они обладают хорошей устойчивостью к загрязнениям и практически не подвержены загрязнению частицами гидравлической жидкости
• Их предпочтительное монтажное положение — вертикальное, чтобы предотвратить попадание жидкости между баллоном и корпусом.

Поршневые гидроаккумуляторы

• Может работать с гораздо более высокими степенями сжатия газа (до 10: 1)
• Скорость потока до 214 литров (57 галлонов) в секунду
• Возможна установка в любом положении
• Требуется более высокий уровень чистоты жидкости, чем в баллонах
• Более медленное время отклика (более 25 миллисекунд)
• Экспонатный гистерезис

Приложения

Использование аккумулятора дает множество преимуществ, включая следующие:

• Накопление энергии — Важной функцией аккумуляторов является их способность накапливать энергию.В частности, при циклических или переменных режимах аккумуляторы разряжаются в периоды высокого спроса и перезаряжаются в периоды низкого спроса. Они часто используются для увеличения расхода насоса во время пиковой нагрузки. Без гидроаккумулятора насос и двигатель должны быть рассчитаны на максимальную мощность, даже если максимальная мощность требуется только на мгновение.
• Аварийное резервное питание — Аккумуляторы могут поддерживать заряд высокого давления почти неограниченное время и служить в качестве аварийного источника питания, если машина потеряет электроэнергию или откажет насос.
• Снижение вибрации и ударов — Установка небольшого аккумулятора рядом с выпускным отверстием насоса может поглощать пульсации, минимизировать вибрацию и обеспечивать более плавную работу. Кроме того, добавление аккумулятора в обратную линию машин может уменьшить удар.
• Компенсация утечки и температуры — Аккумулятор может поддерживать постоянное давление, даже если жидкость медленно выходит изнутри через уплотнения поршня или зазоры клапанов, и компенсирует связанные с температурой перепады давления в закрытой гидравлической системе.Только когда давление в контуре падает ниже установленных пределов, насос запускается и перезаряжает аккумулятор.
• Более быстрый отклик — Баллонные и диафрагменные гидроаккумуляторы имеют практически мгновенный отклик и могут быстро подавать жидкость к клапанам и улучшать их работу. Аккумуляторы также могут немедленно удовлетворить требования к пиковому расходу.

Стандарты

Аккумуляторы представляют собой сосуды под давлением и, как таковые, производятся, тестируются и сертифицируются в соответствии с законодательными стандартами.В Соединенных Штатах, например, соответствующим стандартом является Кодекс ASME по котлам и сосудам под давлением VIII, раздел 1.

Считается, что все сосуды под давлением, изготовленные в соответствии с этими стандартами, имеют конечный срок службы в зависимости от количества циклов давления, испытываемых в течение Нормальная операция. Типичный расчетный срок службы гидроаккумулятора составляет 12 лет.

Во многих юрисдикциях требуется периодическая проверка и повторная сертификация. В особенности это относится к гидроаккумуляторам, которые имеют относительно большой объем и работают при высоких рабочих давлениях.Осмотр может потребоваться через заранее определенные промежутки времени (например, каждые два, пять или 10 лет) или когда считается, что определенный процент полезного расчетного срока службы достигнут.

Интеллектуальная экспоненциальная схема синтезатора Yamaha DX7, реконструированная

Цифровой синтезатор Yamaha DX7 был выпущен в 1983 году и стал чрезвычайно популярным, определив звучание поп-музыки 1980-х годов. Поскольку в начале 1980-х микропроцессоры были недостаточно быстрыми, DX7 использовались два пользовательских цифровых чипа: чип EGS «конверт», генерирующий частоту и данные огибающей, который он подавал на «операторский» чип OPS, который генерировал звуковые волны.Ключевой частью микросхемы OPS является экспоненциальная схема, которая используется для вычисления частоты и приложения огибающей. В этом сообщении в блоге я подробно исследую эту схему — реализованную ПЗУ, переключателем и другими схемами — и извлеките данные из ПЗУ.

Я создал фотографию кристалла с высоким разрешением ниже, составив более сотни фотографий с микроскопа. По краям вы можете увидеть 64 соединительных провода, прикрепленных к контактным площадкам; они подключают кремниевый кристалл к 64 контактам микросхемы. Чип имеет один слой металла, видимый в виде беловатых линий сверху.(Питание и земля — ​​это толстые металлические линии.) Под металлом слой проводов из поликремния выглядит красноватым или зеленоватым. Наконец, нижележащий кремний сероватый. Я обсуждал чип в целом в своей предыдущей статье о DX7; теперь я сосредоточусь на экспоненциальная схема.

Фотография кристалла микросхемы оператора YM21280 DX7. Щелкните эту фотографию (или любую другую), чтобы увеличить ее.

DX7 был первым коммерчески успешным цифровым синтезатором. Вместо аналоговых генераторов и фильтров аналогового синтезатора DX7 генерирует звуки в цифровом виде, используя технику, называемую FM-синтезом.Идея состоит в том, что вы начинаете с синусоидальной волны (несущий сигнал) и возмущаете ее другим сигналом (модулирующим сигналом). Модулирующий сигнал изменяет фазу (и, следовательно, частоту) несущей, создавая сложные гармонические структуры. Эти сигналы представлены в системе в виде цифровых значений; цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) превращает цифровое представление в аналоговое напряжение для выхода синтезатора.

Цифровая реализация частотной модуляции использует таблицу поиска, которая содержит оцифрованную синусоидальную волну.Перемещая индекс по таблице с определенной скоростью, вы можете создать синусоидальную волну фиксированной частоты. Возмущая этот индекс другим сигналом, вы можете создать модулированную синусоидальную волну. DX7 реализует это с помощью таблицы синусоидальных сигналов в ПЗУ, значение приращения, которое управляет частотой, и сумматор, который добавляет приращение к индексу таблицы (т. е. фазовый угол) на каждом временном шаге. DX7 имеет 96 генераторов, поэтому он отслеживает 96 отдельных фазовых углов; они хранятся в фазовых аккумуляторах.Частотная модуляция реализуется схемой оператора , которая позволяет генераторам возмущать другие генераторы. (Это очень краткий обзор FM-синтеза; подробности см. В моей предыдущей статье о реверс-инжиниринге DX7.)

Логарифмы и экспоненты

В аппаратном обеспечении умножение происходит намного медленнее, чем сложение, особенно в технологиях 80-х годов. Решение в DX7 состоит в том, чтобы представить значения в виде логарифмов с основанием 2, потому что сложение логарифмов эквивалентно умножению значений.Применяя 2 ^x к сумме, логарифмическое значение может быть преобразовано обратно в линейное значение.

Первая роль логарифмов заключается в частотном вводе микросхемы: значение приращения фазы, подаваемое на микросхему, является логарифмическим. Мотивация заключается в том, что частоты нот связаны экспоненциально: например, повышение на одну октаву увеличивает частоту вдвое. С помощью логарифмов можно выполнять вычисления примечаний с добавлением.

Во-вторых, у каждого генератора есть связанная огибающая, которая изменяет выходной уровень в соответствии с изменяющейся во времени кривой.1 Чтобы умножить сигнал на уровень огибающей, синусоидальный сигнал и огибающая представлены логарифмически. Таким образом, умножение заменяется сложением. (Логарифм синусоидального сигнала удобно получать, сохраняя log ₂ (sin (x)) в ПЗУ формы сигнала вместо sin (x), поэтому логарифм получается «бесплатно».)

На блок-схеме ниже показана структура экспоненциальной схемы, преобразующей логарифмическое значение. к линейному значению путем вычисления 2 ^x .Схема экспоненты довольно сложна, чтобы уместить быстрое и высокоточное экспоненциальное вычисление в небольшом пространстве на кристалле. Схема принимает 14-битное входное значение, которое состоит из 4-битной целой части и 10 дробных битов, поэтому она вычисляет 2 ^x для 0≤x <16,2. Схема использует поиск в ПЗУ и сдвиг для быстрого вычисления значения.

Блок-схема цепи возведения в степень. Входные биты обозначены зеленым цветом.

ПЗУ принимает 10-битный входной адрес (от 0 до 1023), представляющий x значений от 0 до 1023/1024.Метод, называемый дельта-кодированием, используется для уменьшения размера ПЗУ. Идея дельта-кодирования заключается в том, что если значения изменяются медленно, разница между двумя значениями значительно меньше, чем само значение. В частности, только каждое четвертое значение явно сохраняется в ПЗУ; это значение называется «абсолютным» значением 7. Следующие три значения сохраняются как дельты, разница между значением и предыдущим абсолютным значением. Дельты умещаются в 4 бита4, что дает значительную экономию по сравнению с 11-битными абсолютными значениями.Схема сумматора добавляет абсолютное значение к значению разности, получая желаемое экспоненциальное значение.

Последний шаг в экспоненциальной схеме — выполнить двоичный сдвиг значения из ПЗУ. Сдвиг на количество бит в целой части входных данных приводит к окончательному экспоненциальному значению. Перед сдвигом к значению ПЗУ добавляется ведущая 1, чтобы этот бит не занимал место в ПЗУ. Микросхема имеет две схемы возведения в степень: одну для вычисления частоты и одну для вычисления сигнала (синусоидальный и огибающий путь).Большая часть схем идентична между ними, но экспонента частоты дает 22 бита вывода, в то время как экспонента сигнала имеет только 14 разрядов вывода.

Деталь

На схеме ниже обозначены контакты и основные функциональные блоки микросхемы. В этой статье я сосредоточусь на двух экспоненциальных схемах, выделенных красным, но я резюмирую другие блоки. 96 фазовых аккумуляторов, реализованных с помощью регистров сдвига, являются самым большим блоком микросхемы.ПЗУ содержат синусоидальную волновую функцию и экспоненциальную функцию. (Есть два идентичных экспоненциальных ПЗУ с соответствующими схемами сумматора и сдвига.) Другие основные блоки применяют конверт, хранят данные конфигурации, вычисляют операторы, которые объединяют генераторы, определяют различные алгоритмы операторов и буферизируют выходные значения.

Матрица с обозначенными основными функциональными блоками. На этом фото показан металлический слой микросхемы. (Щелкните, чтобы увеличить версию.)

Транзисторы

Чтобы объяснить фотографии кристалла, я сначала покажу, как транзистор (ниже) устроен в интегральной схеме NMOS.Области кремния легированы примесями для создания диффузионных областей с желаемыми свойствами. Транзистор можно рассматривать как переключатель, позволяющий току течь между двумя диффузионными областями, называемыми истоком и стоком. Транзистор управляется затвором, сделанным из кремния особого типа — поликремния. Высокое напряжение на затворе позволяет току течь между истоком и стоком, а низкое напряжение блокирует ток. Эти крошечные транзисторы объединены в логические вентили и другие схемы.

Структура NMOS-транзистора (MOSFET), реализованная в интегральной схеме.

Чтобы транзисторы были более заметными, я удалил металлический слой с кристалла, в результате чего получилась фотография кристалла с высоким разрешением ниже. (Цвета обусловлены вариациями толщины оксидного слоя из-за моего процесса травления.)

Фотография кристалла микросхемы оператора YM21280 DX7 с удаленным металлическим слоем. Щелкните эту фотографию (или любую другую), чтобы увеличить ее.

ПЗУ

На схеме ниже показано одно из экспоненциальных ПЗУ. ПЗУ построено из сетки транзисторов: 128 строк по 32 столбца. В каждой точке сетки может присутствовать транзистор, представляющий 1 бит; или транзистор может отсутствовать, что означает бит 0.9

Вверху декодеры активируют одну из 32 вертикальных строк выбора в ПЗУ на основе пяти битов адреса. ПЗУ разбито на группы по 8 рядов (или меньше, в зависимости от степени сжатия). Мультиплексор выбирает один бит из каждой группы на основе трех битов адреса.Это дает 20-битный вывод. Наконец, логика вывода выдает желаемое значение дельты на основе адреса. Результатом является 11-битное абсолютное значение и 4-битное дельта-значение.

ПЗУ с обозначенными основными компонентами.

При увеличении ПЗУ показаны отдельные транзисторы. Большие бледные области — это легированный кремний, образующий транзисторные источники и стоки. Линии выбора поликремния вертикальные. Транзистор образуется, когда линия поликремния пересекает область легированного кремния.Указанные кремниевые области соединены с землей, подтягивая одну сторону каждого транзистора к низкому уровню. Круги представляют собой соединения, называемые переходными отверстиями между кремнием и металлическими линиями выше. (Металлические линии удалены, но волнистые горизонтальные линии показывают, где находился металл.)

Крупным планом часть ПЗУ размером 4 × 4, показывающая его конструкцию.

Каждый бит сохраняется в ПЗУ по наличию или отсутствию транзистора в позиции сетки. (Во время производства образец легирования кремния определяет, существует ли транзистор.) Когда активируется одна из 32 линий выбора, все транзисторы в этом столбце включаются, понижая уровень соответствующих выходных линий. Но если транзистор отсутствует, соответствующая выходная линия останется высоким. Таким образом, значение считывается из ПЗУ путем активации строки выбора, считывая это значение ПЗУ в выходные строки. Посмотрев на кремниевый узор в ПЗУ, я определил последовательность единиц и нулей, хранящихся в ПЗУ, всего 4 килобита.

Мультиплексор

ПЗУ имеет 256 записей по 20 бит до применения дельта-обработки.Чтобы сделать схему более эффективной, ПЗУ хранит биты в группах по 8 (концептуально), организованных как 8 строк по 32 записи (столбца) для каждого выходного бита. Каждый выходной бит имеет мультиплексор, который выбирает один из 8 битов в группе на основе еще 3 адресных строк, которые управляют 8 линиями выбора мультиплексора.

Мультиплексор в ПЗУ.

Каждый мультиплексор (вверху) выполнен на 8-проходных транзисторах. Один транзистор активируется, пропуская бит этой строки, в то время как невыделенные строки заблокированы.Выход мультиплексора поступает на логическую схему слева.

Если внимательно присмотреться к фото кристалла, видно, что некоторые мультиплексоры не иметь всех восьми рядов. Это ключевая оптимизация для уменьшения размера ПЗУ. Если все биты в строке равны 0, строку можно полностью удалить из ПЗУ 10

Дельта-логика и сумматор

ПЗУ формирует 20 выходных битов, 11 бит для «абсолютного» значения и 9 бит для трех значений дельты. Некоторые логические схемы расширяют 9 битов ПЗУ на три дельты по четыре бита, принимая преимущество некоторой структуры в дельтах.11

Чтобы получить значение 2 ^x -1 , необходимо сложить 11-битное абсолютное значение и 4-битную дельту. Это осуществляется сумматором слева от ПЗУ. Одна интересная особенность сумматора заключается в том, что он конвейерный для минимизации задержки от распространения переноса. Я обсуждал сумматор в своей предыдущей статье, поэтому не буду здесь вдаваться в подробности.

Битовый шифтер

Последний строительный блок, о котором я расскажу, — это битовый сдвигатель, который реализует целочисленную часть экспоненциальный расчет.Он сдвигает значение влево на 0–15 бит, что эквивалентно умножению на степень 2. Сдвигатель построен на двух уровнях: нижний слой сдвигается на 0, 1, 2 или 3 положения. Верхний уровень сдвигается на 0, 4, 8 или 12 позиций. Комбинация двух уровней допускает любой сдвиг между позициями от 0 до 15 бит. Проводка между двумя уровнями распределяет выходные данные от первого уровня ко второму уровню. Каждый выход идет на четыре входа, каждый из которых разделен на 4 бита. чтобы обеспечить больший сдвиг.

Схема переключения.

На схеме ниже показана часть переключателя, которая перемещается на 0, 1, 2 или 3 положения, контролируемых горизонтальными линиями. Сдвигатель построен из мультиплексоров, подобных тем, что в ПЗУ, которые выбирают один из четырех входов. Я выделил один из кусочков зеленым. Если активирована линия «shift 0», крайний правый зеленый транзистор (обведен кружком) включится и зеленый входной бит выйдет из крайнего правого выхода. Аналогичным образом, если активирована линия «сдвиг 1», второй зеленый транзистор включится, и зеленый бит выйдет смещенным на одну позицию влево.Строки «shift 2» и «shift 3» приведут к смещению зеленого бита на две или три позиции влево. Остальные транзисторы (обведены черным) действуют таким же образом, сдвигая другие биты. В результате все биты будут сдвинуты на 0, 1, 2 или 3 позиции. Второй сдвигатель аналогичен, за исключением того, что входные линии идут к мультиплексорам, разнесенным на четыре позиции.

Деталь схемы переключателя.

Заключение

Вычислительные экспоненты — ключевая часть синтеза звука DX7.Чипу необходимо очень быстро вычислять экспоненты, быстрее, чем мог бы работать такой алгоритм, как CORDIC, но простое ПЗУ было бы слишком большим. Микросхема решает эту дилемму за счет использования дельта-кодирования, сжатия ПЗУ и схемы сдвига. Эти методы уменьшили размер ПЗУ почти на 64% .12 Внимательно изучив схему, я реконструировал точные получаемые значения. Эмуляторы DX7 могут достичь большей точности, используя эти значения.

Микросхема OPS DX7 поставляется в керамическом корпусе с 64 выводами и смещенными выводами.Это известно как Quad Inline Package (QIP).

Следующим шагом является реконструирование синусоидального ПЗУ микросхемы, которое реализует функцию log-sin. В этом ПЗУ используются многие из тех же методов, что и в экспоненциальном ПЗУ, но, например, дельты хранятся по-другому. Я объявляю о своих последних сообщениях в блоге в Twitter, так что следите за мной @kenshirriff, чтобы быть в курсе последних новостей. Еще у меня есть RSS-канал. Если вас интересуют данные ПЗУ, я также писал об извлечении констант из микросхемы с плавающей запятой 8087.

Спасибо Жаку Маттейю и Энтони Ричардсону за предоставленный чип и обсуждение.