Новые технологии для автономного питания электронных устройств

Современные источники питания

Новые технологии для автономного питания электронных устройств

Различные электронные устройства давно и прочно вошли в нашу жизнь.

Приборы самой широкой сферы применения и степени сложности выводят нашу жизнь на совершенно новый уровень комфорта и возможностей.

Однако для того, чтобы какое-либо оборудование функционировало, оно должно иметь доступ к электроэнергии. Для этого необходимы источники питания – устройства, отвечающие за подачу электропитания.

При этом практически все виды источников питания отвечают за выполнение трех основных функций:

  • преобразования электроэнергии
  • стабилизации
  • регулировки.

Виды источников питания

Все источники питания можно разделить на две группы: первичные и вторичные.

  • Первичные занимаются превращением разнообразных видов энергии в электрическую. К примеру, существуют аккумуляторы, которые химическую энергию преобразовывают в электричество.
  • Вторичные не отвечают за генерирование электроэнергии. Они занимаются лишь изменением ее характеристик, необходимых конкретному оборудованию. В частности, меняются показатели тока, напряжения, пульсации напряжения и пр.

Среди различных видов ИП, относящихся к категории вторичных, особенно востребованы блоки питания.

Какие бывают блоки питания

Блоки питания (или вторичные источники электропитания) представляют собой устройства, обеспечивающие электроприборы необходимой им электрической энергией посредством преобразования энергии, полученной от других источников. При этом энергия должна соответствовать ряду параметров, вроде тока, напряжения и пр.

Блоки питания могут быть:

  • встроенными в общую схему
  • использоваться в виде модуля
  • размещаться в отдельном помещении.

Существует два основных вида конструкций источников питания: импульсные и трансформаторные, они же сетевые.

Преимуществом импульсных блоков питания является надежность, наличие цепей защиты от форс-мажорных ситуаций, широкий диапазон частоты и питающего напряжения, меньшей, чем у сетевых моделей стоимостью, высоким КПД и меньшим весом.

Преимуществом сетевых БП считается доступная база элементов, простота конструкции, отсутствие, в отличие от импульсных моделей, создаваемых радиопомех, надежность.

Среди разновидностей ИП особенного внимания заслуживают источники бесперебойного питания, пользующиеся огромной популярностью, как в промышленной, так и бытовой сфере.

Особенности источников бесперебойного питания

Источники бесперебойного питания, они же ИБП, представляют собой электронное автоматическое устройство, оснащенное аккумулятором. ИБП обеспечивают бесперебойную подачу электрического питания для компьютера и его комплектующих, в течение краткого периода времени.

ИБП необходим для того, чтобы в случае внезапного падения или обрыва входного питающего напряжения, иметь возможность сохранить необходимые данные и корректно завершить работу ПК.

Следует помнить, что источники бесперебойного питания не подходят для постоянной, или хотя бы длительной подачи электроэнергии на компьютер. ИБП, они же UPS (Uninterruptible Power Supply), являются лишь вспомогательным оборудованием. Для того, чтобы обеспечить ПК долгосрочной подачей энергии, можно использовать устройства наподобие генераторов или источников резервного питания (ИРП).

Какие бывают UPS

Среди разнообразия ИБП, представленных на рынке, лишь три типа устройств действительно являются разновидностями источников бесперебойного питания:

  • UPS Line-Interactive
  • UPS On-Line
  • UPS Off-Line.

Все прочие подобные устройства на самом деле являются только их производными.

Подводя итоги

Источники питания давно стали необходимо частью нашей жизни.

Они востребованы как в промышленной сфере, так и бытовой, ведь именно на электричестве работает большая часть используемых человеком приборов.

Безусловно, блоки питания, равно как и источники бесперебойного питания, являются одним из важнейших изобретений в истории человечества, решают многие проблемы, связанные с подачей электроэнергии.

Источник: https://megaobzor.com/sovremennye-istochniki-pitaniya.html

Ремонт квартиры и строительство загородного дома

  Свершилось! Вы празднуете новоселье! В доме веселая шумная компания, звучат пожелания, поздравления. В новом доме светло, тепло и уютно. И вдруг…БАЦ!!! Отключили свет! Ничего, продолжим застолье при свечах, добавим таинственности в наш праздник.   А на улице -20…Что делать с отоплением? Да и горячее в духовке осталось…Знакомая ситуация?

К сожалению, реалии нашей жизни таковы, что проблемы с электричеством стали обыденностью, особенно в загородных домах и поселках. Если с осещением еще можно что-то придумать, например поставив камин в квартире, то с электроэнергией будет посложнее.

  Чтобы избежать подобных ситуаций, стоит подумать об источниках бесперебойного питания.  Давайте попробуем разобраться, какие источники и системы автономного энергоснабжения необходимо предусмотреть, чтобы обеспечить полную жизнедеятельность вашего дома. Для решения вопроса можно рассмотреть два варианта.

Системы, обеспечивающие подачу электричества во время временного отключения электроэнергии

  Подойдут источники бесперебойного питания (ИБП) на аккумуляторах и миниэлектростанции.  ИБП обладают массой преимуществ – бесшумная работа полностью в автоматическом режиме без Вашего контроля, система, не требующая отдельного помещения, наличие стабильного напряжения.

Из минусов можно выделить – ограниченное время работы (в зависимости от емкости аккумулятора) и относительно высокую стоимость.  Миниэлектростанции на сегодняшний день представлены на рынке в виде бензиновых, газовых и дизельных генераторов.

Замечательно подойдут как элемент электроснабжения загородного дома на летнее время.

  Такие генераторы более экономичны, надежны, имеют большой срок эксплуатации. Время работы зависит только от количества топлива.

Наличие мощной электростанции позволит поддержать жизнедеятельность дома и всех его систем в период перебоев с электроэнергией.

Из минусов стоит отметить – высокий уровень шума, необходимость постоянного обслуживания и выделение отдельного помещения. Но эти минусы легко преодолеваются при установке одной мощной системы сразу на несколько домов.

Полностью автономные системы электроснабжения

  Данный вариант подходит в случае невозможности (либо нежелания) подключения к централизованным линиям электропередач либо необходимость использования такой системы в качестве резервного источника питания.

  Обычно такая автономная система включает в себя:

  • источник энергии, который может применяться как в единственном числе, так и на взаимодополняющих условиях– миниэлектростанция (рассмотренная выше)– ветроэлектрическая установка — фотоэлектрическая (солнечная) батарея;
  • аккумуляторную батарею;
  • инвертор (преобразователь постоянного тока в переменный);
  • необходимое электротехническое оборудование (щиты, кабели и пр.).

  Безусловное преимущество данного варианта – полная независимость как от цен на электроэнергию, так и от времени ее подачи. Вы самостоятельно решаете, когда, как и для чего вырабатывать энергию. Минусы же данного способа – это в первую очередь высокая стоимость, малая распространенность, что возможно создаст проблемы с обслуживанием такой системы. Необходимость получение разрешения на использование автономного источника и регистрация в органах местной администрации.

  Теперь, когда рассмотрены основные варианты систем электроснабжения загородного дома, остается дело за малым – сделать осознанный выбор и обратиться к специалистам за их реализацией еще на этапе строительства загородного дома.

  И пусть в Вашем доме будет всегда светло, тепло и уютно!

Источник: http://stilnydom.com/inzhenernye-sistemy/elektroseti/199-avtonomnye-istochniki-elektrosnabzheniya.html

Создан транзистор для вечных электронных устройств, работающих без подзарядки

Исследователи из Кембриджского университета разработали новый транзистор из тонких пленок оксида индия, галлия и цинка, который работает на энергии из внешней среды. Уникальная конструкция транзистора позволит устройствам функционировать без батареи несколько месяцев или даже лет.

Такая технология открывает широкие перспективы для развития носимой или имплантируемой электроники. Ученые представили результаты своего труда в журнале Science 21 октября 2016 года.

 «Это приведет к новой модели проектирования для сверхмаломощных датчиков сенсорных интерфейсов и обработки аналогового сигнала в носимых и вживляемых устройствах.

Все они критически важны для Интернета вещей» – отмечает профессор кафедры технических наук Арокия Натан, один из авторов исследования.

Воспользуйтесь нашими услугами

Оксид индия, галлия и цинка (IGZO), из которого состоит новая разработка инженеров из Кембриджа, – полупроводниковый материал, который используется для создания тонкопленочных транзисторов.

С 2012 года такие транзисторы применялись в некоторых плоскопанельных дисплеях, смартфонах и планшетах. До сих пор IGZO-транзисторы не были запущены в массовое производство из-за дорогостоящего оборудования и достаточно длительного процесса создания одного образца.

Возможно, что технология, которая использовалась для создания «кембриджского» образца, потребует меньших затрат.

IGZO-транзисторы работают по принципу компьютера в спящем режиме. Новый транзистор подпитывается мельчайшими токами утечки вблизи выключенного состояния.

Эта утечка в точке контакта между металлическими и полупроводниковыми компонентами транзистора, так называемого «барьера Шоттки», является нежелательной характеристикой. Эта небольшая «порция» тока сравнима с тем, как вода капает из неисправного крана, и свойственна всем транзисторам.

Ученым впервые удалось этот обратить этот недостаток в пользу и использовать функционально. Эта особенность новых транзисторов открывает новые возможности для проектирования системы Интернета вещей.

«Мы бросили вызов общепринятому пониманию того, каким должен быть транзистор» – говорит профессор Натан. – Мы обнаружили, что барьер Шоттки, который большинство инженеров стараются избегать, на самом деле имеют идеальные характеристики для интересующей нас носимой или имплантируемой электроники для мониторинга состояния здоровья».

Транзисторы можно производить при низких температурах и печатать их на практически любом материале: от стекла и пластмассы до ткани и бумаги. Новый дизайн наполовину решает одну из главных проблем, препятствующих развитию транзисторов сверхнизкой мощности, а именно возможность производить их в очень маленьких размерах.

Поскольку транзисторы становятся все меньше, два их электрода начинают влиять на поведение друг друга, а это означает, что меньше определенного размера транзисторы не будут работать так, как хотелось бы. Изменив конструкцию транзистора, исследователи из Кембриджа смогли использовать барьеры Шоттки так, чтобы электроды оставались независимыми друг от друга.

Поэтому в ближайшем будущем можно будет производить транзисторы очень маленького размера.

«Это оригинальная конструкция транзистора. Такой тип ультра-маломощного питания – предпосылка для развития различных типов новых устройств, где важна функция, в сущности, «интеллекта», а не скорости.

Полностью автономная электроника в таких устройствах сегодня становится более реальной.

Они могут работать на фоновой энергии, получаемой из окружающей среды, что увеличит срок их эксплуатации» — заметил профессор кафедры разработки Гехан Амаратунга.

Конструкция транзистора позволяет усилить сигнал. Рабочее напряжение транзистора составляет меньше вольта, с потреблением энергии ниже одной миллиардной ватта. Это сверхнизкое электропотребление делает их наиболее подходящими для применения, где функциональность и долговечность важнее скорости. Что, собственно, и заложено в идее об Интернете вещей.

«Если бы мы черпали энергию из обычной АА батарейки на основе этой конструкции, она могла бы работать в течение миллиарда лет» — сказал доктор Сонсик Ли, ведущий автор исследования. – Использование барьера Шоттки не позволяет электродам мешать друг другу, чтобы усилить амплитуду сигнала даже в том состоянии, когда транзистор почти выключен».

Российская наука старается не отставать в гонке за создание ультра-маломощного транзистора. Полгода назад российские инженеры совместно с коллегами из Японии представили концепцию графенового транзистора.

Его конструкция основана на использовании двухслойного графена. По словам исследователей, транзистор из такого материала сможет работать при низком напряжении (0,5 вольта) и на высоких частотах (до 100ГГц).

Такие выводы были сделаны на основании расчетов – пока разработана только модель устройства.

Помимо работы над компонентами для устройств IoT исследователи Кембриджского университета уделяют внимание развитию вживляемой электроники. Два года назад они разработали искусственные мышцы, которые могут имитировать сокращения естественных.

Они сделаны из полимеров, которые под воздействием электрического сигнала могут изменять размер и форму. С помощью ряда механизмов и физиологических стимулов можно воспроизвести движения, приближенные к естественным, в искусственном материале.

Читайте также:  Пейджер для сигнализатора поклевки

Источник: http://integral-russia.ru/2016/10/30/sozdan-tranzistor-dlya-vechnyh-elektronnyh-ustrojstv-rabotayushhih-bez-podzaryadki/

Новые технологии в аккумулировании электроэнергии

Сегодня, когда развитие альтернативной энергетики становится все более активным, а также все больше энергии требуется для мобильных потребителей – крайне актуальным является вопрос аккумулирования электроэнергии.

Критическая необходимость в новых технологиях накопления энергии подробно рассматривается, например, в статье «Перспективы солнечной энергетики». Давайте рассмотрим новые направления в области аккумулирования энергии.

Ambri

Ambri – одна из самых известных новинок в области аккумулирования энергии. Ранее этот аккумуляторный стартап назывался Liquid Battery Metal. Компанию-разработчика основал профессор Don Sadoway (Массачусетский технологический институт). Этот проект получал инвестиции от таких филантропов как Винод Хосл и Билл Гейтс.

Технология Ambri основана на использовании расплава солей, который размещается между двумя слоями жидкого металла. Батареи выполнены в виде модульной системы, ячейки которой размещены в контейнере длиной чуть больше 12 метров. Максимальная мощность, выдаваемая этим аккумулятором, составляет 500 кВт, а емкость аккумулятора – 2 МВт.

Для увеличения мощности/емкости можно включать несколько систем совместно. Планируемая дата промышленной реализации – 2й квартал 2014 года.

Imprint Energy

Использовав цинк вместо лития и применив технологию трафаретной печати, компания Imprint Energy предложила ультратонкую батарею, при этом еще и гибкую. Батарея имеет относительно высокую емкость при достаточно низкой стоимости производства.

Благодаря малой толщине и гибкости батарей, компания-разработчик надеется заинтересовать своей технологией производителей мобильных устройств.

При этом уже осуществляются поставки батарей первым клиентам, а дальше планируется значительное увеличение производства.

Alveo energy

Пол года назад компания Alveo energy предложила разработку и коммерциализацию батарей сделанных из обычной воды и берлинской глазури, краски, которая используется для окрашивания одежды (например, джинсов).

Предложенные аккумуляторы имеют очень низкую стоимость, однако при этом служат длительное время. Исследователи, которые предложили данную технологию (студент Стэнфордского университета Колин Вессел и профессор Роберт Хаггинс), получили грант на 4 млн.

долларов от Департамента энергетики США.

Pellion

Компания Pellion сконцентрировала усилия на поиске идеального химического состава для аккумулятора. Используя самые современные алгоритмы и компьютерные модели, разработчики протестировали более 10.000 потенциальных катодных материалов, подбирая наиболее подходящий вариант для магниевых анодов своих батарей.

Gerbrand Ceder (профессор Массачусетского технологического института и сооснователь Pellion), принимал участие в проекте по разработке материалов генома в родном институте, программа которого, основана на использовании компьютерного и виртуального моделирования.

Промышленная реализация этих аккумуляторов также осуществляется при поддержке Департамента энергетики США, а также Khosla Ventures.

QuantumScape

QuantumScape — молодой стартап, разработанный в Кремниевой долине. При разработке этих аккумуляторов используются материалы исследований Стэндфордского университета. Это принципиально новый тип батарей, которые используют энергию движущихся электронов, а не ионов. Планируется широкое применение подобных аккумуляторов в электромобилях и системах автономного энергоснабжения.

Envia Systems

В феврале 2012 г. американской компанией Envia Systems была представлена батарея с повышенной энергетической емкостью – до 400 ватт-часов на килограмм.

Используя такой аккумулятор, электромобиль может проехать в среднем около 500 км. Цена такого аккумулятора будет составлять от $ 25000 до $ 30000.

Разработчиков поддерживают: General Motors, Pangaea Ventures, Redpoint Ventures, японский гигант Asahi Kasei, и Министерство энергетики США.

Sila Nanotechnologies

В 2011 году была основана компания Sila Nanotechnologies.

Ее специалисты разрабатывают легкий и максимально компактный литий-ионный аккумулятор, имеющий емкость, превышающую емкость сегодняшних литий-ионных батарей как минимум в два раза.

Sila Nanotechnologies получила грант на $ 1,73 млн. Данные аккумуляторы ориентируют на использование в переносных устройствах, однако не исключена разработка подобных батарей для электромобилей.

Boulder Ionics

Компания разрабатывает электролиты из ионных жидкостей со специальными свойствами. Аккумуляторы, изготовленные с использованием разработок Boulder Ionics, могут функционировать при более высоких температурах и напряжениях, обладая при этом более низкой стоимости.

Prieto Battery

Главным разработчиком Prieto Battery является профессор химии Эми Прието.

Компания планирует выпуск литий-ионного аккумулятора, который можно зарядить за пять минут! При этом время разрядки – в пять раз дольше, чем у стандартных на сегодня литий-ионных батарей.

Для достижения таких показателей используются нанотехнологии – крошечные медные нанопроволоки, из которых изготавливают анод батарею. Электролит же сделан в виде твердого полимера.

Sakti3

Sakti3 – детище компании из Мичигана, которая разрабатывает инновационный литий-ионный аккумулятор. Электролит такого аккумулятора находится в полностью твердом состоянии, и имеет высокую плотность энергии.

Использование твердых полимеров подразумевает отсутствие легковоспламеняющихся жидкостей в конструкции аккумулятора. А это гораздо безопаснее для электрических автомобилей.

Компанию поддерживают: GM Ventures, Khosla Ventures и Itochu.

Xilectric

В основе работы аккумуляторов Xilectric лежит принцип «Батареи Эдисона» (которая традиционно изготавливается из никеля и железа). Но при изготовлении Xilectric используется магний и алюминий. Аккумулятор Xilectric способен заряжаться и разряжаться почти в 1000 раз эффективней. Прототип сверхбыстрого аккумулятора заряжается за 2 минуты!

Однако емкость прототипа пока слишком мала для использования в качестве автономного источника энергии.

Но такие батареи уже сейчас можно использовать в качестве «помощи» литий-ионным аккумуляторам, давая им реальный прирост мощности в моменты быстрого ускорения и торможения.

Кроме того, такие аккумуляторы, используя в своей конструкции дешевые и безопасные материалы, привлекательны для электрохимического хранения энергии.

Amprius

Исследователь Yi Cui из Стэнфорда предложил использовать для литий-ионной батареи Amprius наноструктурированный кремний в качестве анода. Наноструктурированный кремний позволяет уменьшить размеры анода в четыре раза, при четырехкратном увеличении емкости. Компания уже получила 25 миллионов долларов от инвесторов.

Источник: https://alternativenergy.ru/tehnologii/511-ustroystvo-sovremennyh-akkumulyatorov-novye.html

Источник питания. Принцип работы и характеристики. Аккумуляторы и блоки бесперебойного питания :

Источник питания – это специальное устройство, которое обеспечивает электропитанием различные потребители энергии. Источники питания подразделяются на первичные и вторичные.

К первой группе относятся преобразователи. Основное их назначение – преобразовывать любой вид энергии в электрическую. То есть первичный источник питания является генератором электрической энергии.

Первичные источники питания включают в свой состав химические источники тока (гальванические элементы, топливные элементы, аккумуляторы, редокси-элементы) и прочие источники тока (фотоэлектрические преобразователи, электромеханические источники тока, термоэлектрические преобразователи, МГД-генераторы, радиоизотопные источники энергии).

Вторичные источники преобразуют электрическую энергию. Они позволяют получить электропитание для различных устройств с требуемыми параметрами. В эту группу входят трансформаторы и автотрансформаторы, стабилизаторы напряжения, стабилизаторы тока, импульсные преобразователи, вибропреобразователи, инверторы, умформеры.

Выбор блока питания(БП)

При выборе или разработке БП следует учитывать условия эксплуатации, характер нагрузки, требования к безопасности и т. д. Параметры должны соответствовать требованиям питаемого прибора. Желательно наличие устройства защиты, небольшой вес и габариты.

Источник питания является частью электронной аппаратуры, поэтому выход за пределы допуска любого из его параметров может привести к неустойчивой работе или отказу всего устройства.

Основные типы вторичных источников питания

Сетевые БП входят в состав любого радиоэлектронного устройства. Они подразделяются на следующие типы: – бестрансформаторные; – линейные;

– импульсные.

Бестрансформаторные

Эти устройства очень просты, дешевы, не требуют настройки. Схема источника питания состоит всего из нескольких элементов: входной цепи, выпрямителя и параметрического стабилизатора. Устройства рассчитаны на ток до сотен мА.

Имеют малый вес и габариты. Потребитель питается от сети через гасящий конденсатор или резистор и постоянно находится под сетевым напряжением.

Поэтому при работе следует соблюдать осторожность: нельзя касаться неизолированных элементов.

Линейные

Начали применять в радиоэлектронной технике в начале 20 века. К настоящему времени устарели и применяются в основном в дешевых конструкциях из-за присущих им недостатков: большого веса и габаритов, низкого КПД. Преимуществами линейных источников питания являются простота и высокая надежность, низкий уровень шумов и излучений.

Принцип действия блока питания чрезвычайно прост.

Входное напряжение поступает на трансформатор, понижается до требуемой величины, выпрямляется, сглаживается конденсатором и подается на вход стабилизатора, который состоит из транзистора и схемы управления.

“Излишки” напряжения компенсируются регулирующим транзистором. Поэтому на нем выделяется значительная мощность в виде тепла. Линейный источник питания целесообразно применять при токах потребления до 1А.

Импульсные БП

В электронных устройствах, которые потребляют ток от 1 до 5 ампер, используют импульсные блоки питания. Принцип действия таких устройств основан на преобразовании сетевого напряжения в переменный ток высокой частоты.

Высокочастотные трансформаторы имеют небольшой вес и габариты. Поэтому импульсные источники питания значительно меньше и легче линейных.

Отличительной особенностью этих устройств является большой уровень паразитных излучений, что приводит к необходимости экранирования и фильтрации высокочастотных помех.

Особое место занимают импульсные источники питания с бестрансформаторным входом и высокочастотным преобразователем, рассчитанным на работу с частотами 20-400 кгц. Коэффициент полезного действия этих устройств достигает 90% и более. Но пока они не нашли широкого применения из-за высокой стоимости, сложности устройства, низкой надежности, большого уровня помех.

Особенности источников питания постоянного тока

Эти устройства предназначены для получения стабильного постоянного напряжения или тока. Соответственно, они имеют режимы стабилизации как по току, так и по напряжению. То есть при максимальном изменении тока напряжение практически не меняется, и аналогично при значительных колебаниях напряжения величина тока остается постоянной.

Имеется режим отсечки тока. В этом режиме с питаемого устройства снимается напряжение, если ток превышает установленную величину.
Современный источник питания имеет несколько регулируемых выходов и дополнительные выходы на фиксированные напряжения (3,3V, 5V, 12V …).

Управление работой БП осуществляется встроенным микроконтроллером. Режимы работы и отдельные параметры записываются в ячейки памяти.
Мощность источника питания зависит от назначения прибора и решаемых задач. Предприятия-изготовители выпускают приборы малой (до 100 Вт), средней (до 300 Вт) и большой (свыше 300 Вт) мощности.

Чем отличаются источники бесперебойного и резервного питания

Источник резервного питания подключается к аппаратуре лишь при пропадании напряжения в сети. Подключение может осуществляться в автоматическом или ручном режиме.

Источники бесперебойного питания (ИБП) используются в аппаратуре, в которой отсутствует сетевой блок питания. Они подключены постоянно и обеспечивают нагрузку стабильным питанием. ИБП является одновременно основным и резервным источником питания. При пропадании напряжения в сети он автоматически переключается на резервное питание.

В состав источника бесперебойного питания входят сетевой блок питания, источник резервного питания (аккумуляторная батарея), зарядное устройство, схема коммутации.

Основные виды ИБП, особенности применения

Периодические внезапные отключения электроэнергии стали обычным явлением в нашей жизни. К сожалению, такие скачки напряжения существенно сокращают жизнь бытовой техники, приводят к потере электронных данных.

Избежать неприятных последствий помогают источники бесперебойного питания. Современный рынок представляет широкий ассортимент этих приборов. Принцип работы весьма прост: устройство включают в электросеть, а к нему подключают бытовые приборы. Если сеть функционирует нормально, бесперебойник только накапливает энергию. При пропадании электроэнергии в работу включается ИБП.

ИБП бывают следующих видов:

Читайте также:  Обучаемое 4-х командное радиореле

• Резервный ИБП. Подходит для офисной техники, компьютеров, бытового применения. КПД около 99%. Это хороший источник бесперебойного питания. Цена вполне доступная.

К сожалению, такие бесперебойники работают не только при отключении электричества, но и при изменении его параметров, поэтому износ аккумуляторной батареи увеличивается.

В этом случае можно предложить использовать дополнительный внешний источник питания.

• Линейно-интерактивные ИБП. Работают только в случае полного отключения питания. Их можно применять для офисного оборудования, отопительных котлов, вычислительной техники.

• ИБП с двойным преобразованием. Это самый дорогой источник бесперебойного питания. Цена его превышает 50 тыс. рублей, но он того стоит. ИБП с двойным преобразованием доводят показания сети до отличных параметров. Время переключения при сбоях – меньше 1 мс. Используются они для питания медицинской техники, серверов, высокочувствительного оборудования.

Замена аккумуляторных батарей ИБП

Аккумуляторные батареи – источники питания тока – являются самым слабым элементом ИБП. 90% неисправностей ИБП связано с выходом из строя аккумулятора.

В ИБП, как правило, устанавливают свинцовые необслуживаемые герметизированные аккумуляторы. Электролитом служит гелеобразная масса на основе серной кислоты. Это один из самых дешевых видов аккумуляторов.

В то же время они достаточно эффективны (малое внутреннее сопротивление, низкий саморазряд).

Свинцовые аккумуляторы не допускают сильной разрядки. В этом случае они быстро теряют емкость. Срок их службы не превышает 5 лет. Высокая температура и частые разряды заметно сокращают срок службы аккумулятора.Критерии выбора аккумуляторов для ИБП:• Аккумулятор должен иметь требуемые напряжение и размеры.• Желательно устанавливать аккумуляторы от известных производителей.

• Для ИБП годятся только специально предназначенные для них аккумуляторные батареи или батареи определенных марок.

Источник: https://www.syl.ru/article/190837/new_istochnik-pitaniya-printsip-rabotyi-i-harakteristiki-akkumulyatoryi-i-bloki-bespereboynogo-pitaniya

Системы резервного и автономного питания

Аннотация. В статье рассмотрены типы источников бесперебойного электро­снабжения: резервные; автономные.

Одно из главных назначений электропитающего оборудования считается обеспечение питания нагрузки с установленным качеством и надежностью.

Рассмотрены также особенности работы, достоинства и недостатки источников бесперебойного питания трёх групп: Off-Line; Line-Interactive; On-Line.

Ключевые слова: надежность питания, качество электроэнергии, источник бесперебойного питания, резервное электропитание, инверторные системы.

В нынешнее время, невзирая на то, что всемирный прогресс сделал значительный шаг вперед к решению проблемы сбоев в электроэнергетике, к сожалению, данный вопрос все еще остается весьма важным, непосредственно, по этой причине многие задумываются о том, что же такое система автономного, резервного, дополнительного электроснабжения?

Отечественные электросети общего назначения характеризуются довольно невысоким качеством подаваемой электрической энергии: периодические отключения, отклонения частоты, провалы напряжения, высокочастотный шум и др. В том числе установленные ГОСТом требования к качеству электрической энергии нередко малы для современных информационных технологий, а также телекоммуникационного оборудования [1, С.1].

Одно из главных назначений электропитающего оборудования считается обеспечение питания нагрузки с установленным качеством и надежностью.

Системы электропитания в совокупности содержат элементы: источники бесперебойного питания (ИБП), электропитающие установки (ЭПУ) с инверторами на выходе, автоматизированная дизельная электростанция (АДЭС).

Большинство объектов используют различные комбинации данных источников. Сеть переменного тока основной источник, только где от качества переменного тока ничего не зависит, и допуск перерывов в электроснабжении, а АДЭС и ИБП – дополнительными.

Когда перерывы не разрешены, а требования к качеству электрической энергии – большие, то основным источником на сегодняшний день считается питание от сети с использованием ИБП (реже применяются инверторы)[2, С.3].

Что такое источник бесперебойного питания (ИБП)? По сути, источник бесперебойного питания или ИБП – это блок, который поддерживает электропитание части оборудования или нагрузки после отказа основного источника питания. Поэтому ИБП устанавливается между источником электропитания и нагрузкой.

ИБП – комбинация преобразователей, переключателей и устройств хранения энергии (например, батарей), составляющих систему питания для поддержания непрерывности мощности нагрузки в случае отказа входной мощности. По сути, существуют две категории ИБП – ротационные системы и статические системы.

Статические ИБП обеспечивают выходное напряжение, полученное из сохраненного источника, например, серия батарей через инвертор. При использовании статического ИБП при отсутствии сетевого питания будет отсутствовать видимая потеря питания.

Статические ИБП обеспечивают выходное напряжение, полученное из сохраненного источника, например, серия батарей через инвертор. Статические ИБП обычно оснащены аккумуляторными батареями для удовлетворения требований к мощности подключенной нагрузки. Для больших нагрузок требуются большие батареи.

Свинцово-кислотные батареи являются наиболее часто используемым аккумулятором. К примеру, если бы неблагоприятная погода привела к снижению воздушных линий электропередачи, сеть могла быть прервана в течение некоторого времени, возможно, дней.

Статический ИБП не имел бы возможности поставлять нагрузку в течение нескольких дней, но, тем не менее, он обеспечивал бы достаточное время для резервного копирования информации и данных во время принудительного отключения электроэнергии. Это называется временем автономии.

Если установка находится в такой области, для кратковременных потерь мощности может использоваться статическая система с установленным роторным ИБП, для обеспечения альтернативного долгосрочного источника резервного питания.

Ротационные системы ИБП состоят из одной или нескольких электрических вращающихся машин для обеспечения выходного напряжения, например: генератор или генераторы с множественной синхронизацией. Система роторного ИБП обычно находится в состоянии покоя до тех пор, пока она не понадобится. Контрольное оборудование будет ощущать потерю сетевого питания, и переключать установку на генератор. Обычно будет период времени, когда нагрузка не будет обеспечена; это может быть период секунд, даже минут, в то время как первичный двигатель запускается, и генератор достигает полной скорости. Это называется автоматическим временем передачи нагрузки [3, С.1], [4, С.4].

Если на объекте связи ЭПУ постоянного тока с дополнительной аккумуляторной батареей (АБ), питание нагрузок, без допуска перерывов в электроснабжении, способно сформироваться через инверторы. При этом предпочтительно, чтобы общая нагрузка, создаваемая инверторами, не превосходила 25% выходного тока ЭП.

   Смотря на то, какие повреждения, следует выбирать систему дополнительного электроснабжения. Существует широкий ассортимент автономных видов генераторов: они могут работать на жидком и газообразном топливе, бывают стационарные и переносные, инверторные, с автоматической системой или механическим запуском.

Резервное питание – это дополнительный источник электрической энергии, если исчезнет основная линия, обязан продолжить последующее электроснабжение силовых электрических потребителей.

Ими способны являться не только целиком независящие системы электропитания (аккумуляторы, топливные элементы и т.д.), но и резервные линии муниципального электроснабжения [5, С.4].

Резервными источниками электропитания могут быть добавочные параллельные линии электропередач.

Автономное электропитание – это абсолютно отделённая система электроснабжения, которая может производить или передавать накопленную электроэнергию разным потребителям. Подобная система, в случае если пропадет напряжение в главной электросети, обязана брать на себя силовую нагрузку потребителей.

К автономному электропитанию можно причислить и химические источники питания и аккумуляторные батареи. Главная концепция подобного типа электрического источника — обеспечение электричеством нагрузки, если отсутствует внешний источник питания.

В случае автономного электропитания центром производства электроэнергии считается малые электрогенерирующие системы, которые функционируют с помощью горючего топлива, энергии ветра, солнца, химических реакций.

Данные определения синонимичны, что даёт основание рассматривать их как одно и то же [6, С.2].

Резервное электроснабжение обеспечивает несколько значительных преимуществ: высокая длительность автономной работы при авариях на электросетях, гарантийное обеспечение защиты оборудования от различных повреждений, связанных с электропитанием, повышение срока службы оборудования за счет формирования наилучших условий электроснабжения.

Основная цель дополнительного электропитания – это вовремя подхватить существующую нагрузку и в дальнейшем обеспечить электроэнергией имеющегося потребителя, пока не вернется главное электроснабжение от городской сети. Когда абсолютно отсутствует основной источник электропитания, в дело вступает автономное электропитание.

Существует off-line и on-line системы дополнительного электропитания. В случае когда имеется сетевое напряжение, то блок бесперебойного питания проводит напряжение электросети на нагрузку, в тоже время встроенным зарядным устройством заряжает батареи.

Определенные блоки бесперебойного питания могут балансировать выходное напряжение при колебаниях входного напряжения переменного тока. В случае, когда колебания интенсивные, предпочтительно применять специализированный стабилизатор на входе данной системы.

Это гарантирует повышение качества выходного напряжения, как правило, встроенные стабилизаторы в блоках бесперебойного питания обладают грубой стабилизацией напряжения с огромным шагом стабилизации [7, С.2].

В период пропадания электроэнергии система почти моментально переходит на подпитку от аккумуляторов, эту энергию преобразовывает в переменный ток стабилизированного напряжения.

Как только в системе появилось электричество, проделав анализ качества поступающего напряжения, автоматически перейдет в режим заряжения либо продолжит действие в режиме преобразования восстанавливать нормальное напряжение.

Оn-line система резервного электроснабжения используется если сеть плохого качества [8, С.5].

В Off-line источниках нагрузка подключена к сети. Нагрузка переходит на питание от инвертора при различных нарушениях в сети, с применением энергии своих аккумуляторных батарей.

Прямое включение нагрузки в сеть – это главный недостаток Off-line источников. Помехи из сети свободно поступают в нагрузку.

        Применяются с целью гарантированного питания некоторых устройств в энергосистемах хорошего качества электрической сети.

Наиболее идеальной модификацией Off-line систем – это интерактивные источники со встроенным стабилизатором входного напряжения, выполнены в виде автотрансформатора с переключающимися обмотками.

Данное решение увеличило допускаемый диапазон входного напряжения от 170 до 270 В, при этом не совершается переключение на питание от аккумуляторов. В аналогичных источниках инвертор взамен ступенчатого создает напряжение синусоидальной формы и зачастую считается реверсивным.

В обычном режиме инвертор функционирует на заряд аккумуляторов, а в аварийном – на разряд. Дополнительно можно устанавливать трансформатор для гальванической развязки нагрузки от внешней сети [9, С.3].

Линейно – интерактивные источникина мощности от 500 ВА до 5000 ВА менее критично реагируют на качество и отклонения сетевого напряжения, используются вместе с Off-line источниками бесперебойного питания. Характерным признаком режима работы Off-line источников считается, что допуск на частоты входного и выходного напряжений равны, что говорит о том, что нагрузка подключена напрямую к сети.

Инверторные системы бесперебойного электроснабжения обладают таким преимуществами, как: автоматический режим работы в виде резервного источника питания, производит генерацию качественного напряжения на выходе с чистым синусом, значительная надежная исправность, базирующаяся на современных технологиях, системы устойчивы к двойным перегрузкам, могут добавлять мощность к мощности сети или генератора, моментальный гарантированный переход на инверторное дополнительное питание, функционируют также вместе с второстепенными источниками энергии, отсутствие выброса выхлопных газов и шум.

Дополнительными источниками, применяемые в более узких областях системах электропитания могут быть оборудования в которых источником энергии является сжатый воздух, накопительные элементы, основанные на эффекте сверхпроводимости, ионисторы – ультраконденсаторы, фотогальванические панели,элементы работающие на топливе.

Можно приводить примеры таких городов как Берлин и другие, где люди с начала 2000 годов массово начали устанавливать фотоэлектрические системы для своих собственных нужд.

Перспективная гибридная автономная и резервная система электропитания, которая используется в сложных гелиосистемах, была разработана с использованием возобновляемых источников энергии в виде фотогальванических панелей, перезаряжаемых батарей, контроллера заряда и инвертора, который преобразует 12-разрядный постоянный ток низкого напряжения, 24 В до потребительского стандарта ~ 220 В. Эта гибридная система использовалась в сложных гелиосистемах (в случае неустойчивого освещения – солнечные панели на крыше и стенах одновременно расположены или расположены на востоке – западе и т.д.). Оптимизация (замена) солнечного контроллера – это первый шаг к увеличению выработки электроэнергии солнечными батареями без добавления солнечных панелей. Наиболее эффективная модель микроконтроллерного блока для построения гибридной автономной и аварийной системы электропитания была исследована и разработана с использованием модуляции с широтно-импульсной модуляцией (PWM), а также отслеживания максимальной мощности точки солнечной батареи (MPPT), которые используется в комплексной максимальной производительности heliosystems [10, С.6].

Читайте также:  Программатор avr микроконтроллеров

На окончательную надежность электросети влияет не только правильно подобранное резервное оборудование, а также решение проблем в системе электросети. При повышении мощности системы электропитания наибольший интерес надо уделять общей единой системе электропитания.

Необходим систематический аспект, при котором источники беспе­ребойного питания и другие резервные, дополнительные, автономные источники рассмат­риваются как часть общей системы, содержащей в себе заземления, токораспределительные сети, устройства защиты, автоматики и коммутации в цепях переменного и постоянного тока, электрические фильтры, системы дистанционного контролирования.

Список литературы:

  1. Чекстер О.П. Системы электропитания переменным током// Технология и средства связей. – 2007. –№5. – С. 1-10.
  2. Ерохов В. Ю., Дружинин А.А. Построение гибридных автономных и резервных систем электроснабжения для сложных гелиосистем.// Технологический аудит и резервы производства . – 2015. –, № 2/1(22). –С.1-6
  3. Шпринц Л. Резервное и автономное электропитание – общие сведения [Электронный ресурс]/.- URL: http://electrohobby.ru/rezer_avton_pit_jjp.html , (дата обращения: 01.11.2017).
  4. Бубенчиков А.А. Выбор аккумуляторных батарей для систем автономного питания/А.А. Бубенчиков, Р.А. Дайчман, Е.Ю. Артамонова// Научный аспект. –2015. –№ 4. – С. 1–7.
  5. Бубенчиков А.А. Анализ генераторов для систем автономного электроснабжения/А.А. Бубенчиков, Р.А. Дайчман, Е.Ю. Артамонова// Научный аспект. –2015. –№ 4. – С. 1–6.
  6. Программный комплекс для расчета параметров системы автономного питания на основе ветроэнергетической установки с ротором дарье / А.А. Бубенчиков и др.// Россия молодая: передовые технологии – в промышленность. –2015. –№ 1. – С. 1–3.
  7. Целесообразность применения гелиоустановок / А.А. Бубенчиков и др.// Современная наука и практика. –2015. –№ 4(4). – С. 1–3.
  8. Расчет рентабельности системы автономного электроснабжения на основе ветроэнергетической установки с ротором дарье/ А.А. Бубенчиков и др.// Россия молодая: передовые технологии – в промышленность. –2015. –№ 1. – С. 1–5.
  9. Виды систем резервного электроснабжения [Электронный ресурс]. – URL: http://stroyremned.ru/stroitelstvo/proektirovanie/907-rezervnoe-elektros… (дата обращения: 01.11.2017).
  10. Современные источники питания [Электронный ресурс]. – URL: https://megaobzor.com/sovremennye-istochniki-pitaniya.html (дата обращения: 01.11.2017).

Источник: https://sibac.info/journal/student/18/87633

Экономичный автономный источник питания

Изобретение относится к области электротехники и предназначено, в частности, для автономного питания электроприемников электрической энергией.

Экономичный автономный источник электропитания содержит источник постоянного тока (1), инвертор (2), тиристоры (3, 8), диод (4), силовой повышающий трансформатор (5), выпрямитель (6), конденсатор (7), систему управления тиристорами (10) и нагрузку (9).

Для автономного питания электроприемников электрической энергией с экономией потребляемой электроэнергии от источника постоянного тока за счет его повторно-кратковременного режима работы источник постоянного тока (1) соединен с входом постоянного тока инвертора (2), выход переменного тока которого соединен параллельно с первичной обмоткой повышающего силового трансформатора (5) через тиристор (3) и диод (4), соединенные последовательно между собой, первичной обмоткой силового трансформатора (5) и выходом переменного тока инвертора (2), вторичная обмотка силового трансформатора (5) соединена параллельно входу выпрямителя (6), выход которого соединен параллельно конденсатору (7) и через тиристор (8) нагрузке (9), система управления тиристорами (10) соединена с управляющими электродами и катодами тиристоров (3, 8) и получает питание от инвертора (2), с помощью силового трансформатора (5) восстанавливается второй полупериод напряжения, которое повышается его вторичной обмоткой, выпрямитель (6) подпитывает постоянным напряжением цепь нагрузки (9) и конденсатора (7), имеющую большую постоянную времени, тиристоры (3) и (8), управляемые системой управления тиристорами 10, осуществляют зарядный и рабочий циклы устройства. Технический результат – экономия потребляемой энергии. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и предназначено, в частности, для автономного питания электроприемников электрической энергией.

Заявителю известен ближайший прототип заявленного изобретения, как наиболее близкий ему по совокупности существенных признаков.

Данный прототип представляет собой инвертор, содержащий источник постоянного тока, два управляемых электронных тиристорных ключа, один из которых анодом, а второй катодом подключены к положительному и отрицательному выводам источника постоянного тока соответственно, катушку индуктивности, конденсатор и нагрузку, соединенные между собой в последовательную цепь, один вывод которой соединен с отрицательным выводом источника постоянного тока, а другой – с общей точкой соединения электронных тиристорных ключей (И.М.Чиженко и др., Справочник по преобразовательной технике. Киев, Технiса, 1978, с.90-94, 128-130).

Недостатками этого инвертора являются продолжительный неэкономичный режим работы источника постоянного тока, что является причиной быстрого его разряда и низкого КПД устройства.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является автономное питание электроприемников электрической энергией с экономией потребляемой электроэнергии от источника постоянного тока за счет его повторно-кратковременного режима работы.

Упомянутая задача достигается тем, что экономичный автономный источник электропитания содержит источник постоянного тока 1, инвертор 2, тиристоры 3,8, диод 4, силовой повышающий трансформатор 5, выпрямитель 6, конденсатор 7, систему управления тиристорами 10 и нагрузку 9, источник постоянного тока 1 соединен со входом постоянного тока инвертора 2, выход переменного тока которого соединен параллельно с первичной обмоткой повышающего силового трансформатора 5 через тиристор 3 и диод 4, соединенные последовательно между собой, первичной обмоткой силового трансформатора 5 и выходом переменного тока инвертора 2, вторичная обмотка силового трансформатора 5 соединена параллельно входу выпрямителя 6, выход которого соединен параллельно конденсатору 7 и через тиристор 8 нагрузке 9, система управления тиристорами 10 соединена с управляющими электродами и катодами тиристоров 3,8 и получает питание от инвертора 2, с помощью силового трансформатора 5 восстанавливается второй полупериод напряжения, которое повышается его вторичной обмоткой, выпрямитель 6 подпитывает постоянным напряжением цепь нагрузки 9 и конденсатора 7, имеющую большую постоянную времени, тиристоры 3 и 8, управляемые системой управления тиристорами 10, осуществляют зарядный и рабочий циклы устройства.

Техническим результатом изобретения является продолжительный режим питания электроэнергией электроприемника при экономичном повторно-кратковременном режиме работы источника постоянного тока.

Получение технического результата возможно только за счет большой емкости конденсатора, повышения напряжения, восстановления второго полупериода и двухцикличного режима работы, а именно плавного заряда конденсатора и работы с импульсной подпиткой.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема экономичного автономного источника электропитания.

На фиг.2 представлены временные диаграммы токов и напряжений на различных участках схемы экономичного источника электропитания.

Принципиальная электрическая схема, изображенная на фиг.

1, содержит источник постоянного тока 1, инвертор 2, тиристоры 3,8, диод 4, силовой повышающий трансформатор 5, выпрямитель 6, конденсатор 7, систему управления тиристорами 10 и нагрузку 9, источник постоянного тока 1 соединен со входом постоянного тока инвертора 2, выход переменного тока которого соединен параллельно с первичной обмоткой повышающего силового трансформатора 5 через тиристор 3 и диод 4, соединенные последовательно между собой, первичной обмоткой силового трансформатора 5 и выходом переменного тока инвертора 2, вторичная обмотка силового трансформатора 5 соединена параллельно входу выпрямителя 6, выход которого соединен параллельно конденсатору 7 и через тиристор 8 нагрузке 9, система управления тиристорами 10 соединена с управляющими электродами и катодами тиристоров 3,8 и получает питание от инвертора 2.

Схема работает следующим образом.

Источник постоянного тока 1 питает инвертор 2, переменное напряжение с которого через тиристор 3 подается на диод 4, осуществляющий однополупериодное выпрямление, после чего выпрямленное напряжение подается на первичную обмотку силового повышающего трансформатора 5, в котором восстанавливается второй полупериод, полученное переменное напряжение повышается и подается на вход двухполупериодного выпрямителя 6, с выхода которого постоянное напряжение подается на конденсатор 7 и через тиристор 8 на нагрузку 9. Работа устройства состоит из двух циклов. Первый цикл – плавный заряд конденсатора 7, при этом тиристор 8 находится в закрытом состоянии, а с помощью тиристора 3 регулируется сила тока заряда конденсатора. При достижении номинального значения напряжения на конденсаторе включается рабочий цикл, когда открывается тиристор 8, подключая нагрузку к конденсатору и выпрямителю, и находится все время рабочего цикла в открытом состоянии, а тиристор 3 меняет свое состояние с закрытого на открытое и, наоборот, с определенным интервалом времени подпитывая конденсатор 7, причем время открытого состояния равно времени закрытого. Емкость конденсатора подобрана к активному сопротивлению нагрузки таким образом, что постоянная времени этой RC цепи τ=R·C больше длительности импульса подзаряда конденсатора 7 в рабочем цикле, но не менее пяти секунд. Таким образом, время разряда конденсатора 7 на нагрузку 9 гораздо больше времени его подзаряда в рабочем цикле. В результате за счет повторно-кратковременного режима работы источника постоянного тока получается значительная экономия потребляемой от него электроэнергии. Среднюю потребляемую мощность от источника питания необходимо считать по формуле:

где Р – мощность, потребляемая от источника постоянного тока за все время рабочего цикла (Вт);

P1, Р2, Р3, Рn – мгновенная мощность, потребляемая от источника постоянного тока в рабочем цикле в момент подзаряда конденсатора (Вт);

t1, t2, t3, tn – время длительности подпитки конденсатора в рабочем цикле (с);

tц – время всего рабочего цикла (с).

Временные диаграммы, изображенные на фиг.2, графически поясняют физические процессы, протекающие в различных частях схемы. На них показаны напряжение и ток первичной цепи силового повышающего трансформатора U1, I1, напряжение и ток вторичной цепи силового повышающего трансформатора U2, I1, ток в цепи источника постоянного тока IE, напряжение и ток в цепи нагрузки UH, IH.

Экономичный автономный источник электропитания, содержащий источник постоянного тока (1), инвертор (2), тиристоры (3, 8), диод (4), силовой повышающий трансформатор (5), выпрямитель (6), конденсатор (7), систему управления тиристорами (10) и нагрузку (9), отличающийся тем, что источник постоянного тока (1) соединен с входом постоянного тока инвертора (2), выход переменного тока которого соединен параллельно с первичной обмоткой повышающего силового трансформатора (5) через тиристор (3) и диод (4), соединенные последовательно между собой, первичной обмоткой силового трансформатора (5) и выходом переменного тока инвертора (2), вторичная обмотка силового трансформатора (5) соединена параллельно входу выпрямителя (6), выход которого соединен параллельно конденсатору (7) и через тиристор (8) нагрузке (9), система управления тиристорами (10) соединена с управляющими электродами и катодами тиристоров (3, 8) и получает питание от инвертора (2), с помощью силового трансформатора (5) восстанавливается второй полупериод напряжения, которое повышается его вторичной обмоткой, выпрямитель (6) подпитывает постоянным напряжением цепь нагрузки (9) и конденсатора (7), имеющую большую постоянную времени, тиристоры (3) и (8), управляемые системой управления тиристорами (10), осуществляют зарядный и рабочий циклы устройства.

Источник: http://www.FindPatent.ru/patent/241/2417508.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector