В прошлый раз мы рассмотрели относительно компактные устройства для накопления электроэнергии, они могут помочь зарядить вам телефон, ноутбук или планшет. Но предвижу закономерный вопрос, а что делать в случае, когда надо питать либо что-то более мощное, либо требующее переменного тока.
И так да, сегодня расскажу о источниках бесперебойного питания и тонкостях, связанных с их применением.

Как обычно, напоминаю, чтобы быть постоянно в курсе новых тем в блоге, рекомендую подписаться на мой инстаграмм, где я буду выкладывать уведомления о всех новых темах и возможно писать просто о чем-то интересном - ссылка на аккаунт

Немного пояснений по терминологии.
ИБП (Источник Бесперебойного Питания), не путать с ИИП (Импульсный Источник Питания).


Инвертор, преобразователь постоянного тока в переменный, формально может как повышать, так и понижать напряжение, но второй вариант пока рассматривать не будем.


ИБП нужен для бесперебойного обеспечения питанием устройств, критичных к его пропаданию, при пропадании сетевого напряжения или его снижении (или повышении) ниже (выше) критического уровня он переключается на питание от батареи, а после восстановления сети, начинает заряжать встроенную или внешнюю батарею.
Можно выделить три основных типа:
1. Off-Line, пропал свет или напряжение вышло за установленные границы переключаемся на батарею, почти не производятся, по крайней мере бытовые.

2. Линейно интерактивные, при выходе напряжения за установленные границы пытается стабилизировать его, если не получается, то уже тогда переходит на батарею, обеспечивает работу без перехода на батарею в более широком диапазоне, потому больше подходит для мест со слабой сетью.

3. Онлайн, за счет непрерывной работы инвертора у них отсутствует такое понятие как время переключения, потому хорошо подходят для питания очень критичных нагрузок.


Инверторы.
По сути это лишь составная часть ИБП, но так как оказалась востребованной, особенно автомобилистами, то выпускается отдельно. Умеет преобразовывать одно напряжения в другое, например 12 вольт постоянного тока в 230 переменного.
При этом существуют инверторы со встроенным зарядным устройством, но встречаются гораздо реже, отличие их от ИБП более простая схема контроля напряжения, т.е. по сути это очень простой Off-Line ИБП.
Также бывают инверторы совмещающие в себе и ИБП и зарядное устройство от солнечных панелей, генератора, но это уже совсем другой класс устройств и я скорее всего расскажу о них в другой раз.


Как ИБП, так и инверторы могут отличаться формой выходного тока.
1. Меандр или так называемая "аппроксимированная синусоида"
2. Синусоидальная форма тока (Pure sine).

Слева обычный, справа с синусоидальной формой выходного тока, обычно об этом пишут либо в описании, либо на корпусе, если надписи нет, значит преобразователь обычный.


И так, обычно подобные устройства требуются там, где надо питать такие устройства как:
Телевизоры, компьютеры
Освещение
Электроинструмент, кофемолки, миксеры
Холодильник, газовый котел, вытяжки

Я не зря разделил нагрузки на такие группы. Дело в том, что все они имеют свои характерные особенности.
Самой легкой нагрузкой для ИБП являются две первые группы, потому как телевизоры, ПК, ноутбуки и т.п. содержат в своем составе импульсный блок питания., которому по сути все равно что там с колебаниями частоты, напряжения и формы тока, а освещение зачастую также либо имеет встроенный импульсный драйвер, либо является чисто активной нагрузкой.
Немного сложнее работать с электроинструментом, здесь также не особо критична частота и форма тока, но критична устойчивость ИБП или инвертора к пусковым токам.
И самой сложной нагрузкой являются устройства содержащие в своем составе асинхронные двигатели, им нужно иметь не только относительно стабильное напряжение, а и частоту и особенно форму тока, но тяжелее всего работать с холодильниками, потому как он имеет еще и большой пусковой ток, превышающий рабочий в 5-10 раз.
Про нагрузки типа обогревателей, бойлеров, стиральных машинок, теплых полов мы пока не говорим, потому как питать их длительное время выходит весьма накладно и не так целесообразно.

И так, чтобы знать что делать надо сначала определиться что нам вообще надо.

Для начала типовой сценарий, защитить оборудование от всплесков напряжения, здесь вообще ИБП не нужен, достаточно реле напряжения, кстати настоятельно рекомендую купить и установить, в текущей ситуации возможны перепады из-за переключения линий, отгорания нуля и т.п. Я уже видел в своей сети как около 100 вольт, так и около 260. Причем обязательно надо настраивать задержку включения, это критично для холодильников!

У меня уже было несколько обзоров защитных реле и я могу рекомендовать любое из них.
ZUBR-D2-63
РН-263t
РН-119
VC-115
А также более продвинутые устройства - ЕМ-126Т и ЕМ-129



Защиту от кратковременного отключения рассматривать нет смысла, реально оно поможет только вашему домашнему ПК и потому перейду к системам, способным обеспечить длительную работу.

Самым дешевым, но не самым простым способом является доработка обычного ИБП для работы с внешним аккумулятором. Это одновременно просто и сложно, поясню особенности.
Типовой недорогой ИБП по подавляющем большинстве имеет на выходе меандр, а не чистую синусоиду, потому подходит для питания устройств из первой и второй группы (телевизоры, освещение), ограниченно подходит для третьей (электроинструмент) и практически не подходит для четвертой (холодильники, насосы).
Кроме того типовой ИБП рассчитан на кратковременную работу, потому часто радиаторы внутри представляют из себя просто бруски алюминия, работают только за счет большой теплоемкости не дающей транзисторам перегреться за 5-10 минут.
Также зарядное устройство таких ИБП обычно маломощное, ток заряда порядка 0.4-1А, а значит ваш автомобильный аккумулятор, который вы приготовили и храните в гараже, после полного разряда будет заряжаться от.... 4 до 2 суток. Поможет вам такой ИБП? Нет конечно.

Внутри вы увидите три основных узла, аккумулятор, большой трансформатор и плату управления.


И если у ИБП на фото выше силовой трансформатор сложно не заметить, то вот здесь меня спрашивали, а где трансформатор? А все очень просто, здесь тоже он есть, такой небольшой желтенький справа, просто в данном случае используется высокочастотный преобразователь 12-310 вольт, а потом стоит узел, формирующий привычные 230 вольт 50Гц. Исходя из моей статистики скажу, что лично на мой взгляд лучше схема с "классическим" 50Гц трансформатором, показанная выше.


К сожалению у меня мало статистики по устройству каких-то определенных ИБП, как-то никогда не было необходимости её вести, плюс усложняет ситуацию то, что иногда даже в пределах одной фирмы и серии ИБП могут заметно отличаться.
Например ниже на фото два ИБП производства Mustek, они когда-то были очень распространены. Один мощностью 400ВА, второй 600ВА, но реально отличий между ними куда больше, например модель 400ВА имеет топологию Пуш-пул и ток заряда батареи 400мА, а у 600ВА модели мостовая топология и ток заряда 1А, при этом у первой модели за заряд отвечает распространенная схема на базе LM317, а у второй используется простейшая ШИМ стабилизация на базе компаратора.


Соответственно если бы я выбирал ИБП для себя, то однозначно взял бы вторую модель. Кроме того, следует учитывать, что более-менее современные модели ИБП отключаются при очень маленькой нагрузке, ну и конечно полезно сразу заклеить или отключить пищалку.
Интересно, что к примеру две модели, отличающиеся по мощности в полтора раза имеют внутри сходные по размерам (а значит и по мощности) трансформаторы.


И так, вам надо питать бесперебойно ваши нагрузки, какие варианты есть.
Самый простой, это купить ИБП рассчитанный изначально на работу с внешними батареями. Иногда они содержат внутри себя аккумулятор, но имеют сзади клеммы для подключения внешнего.
Например у меня на работе стоит ИБП DELTA N-SERIES, к которому штатно можно подключить внешние батареи, для чего сзади расположен специальный разъем.
Здесь внутри стоит 6 штук батарей 12 вольт, а внешняя используется для увеличения времени автономной работы.


Вариант не сложнее, это купить ИБП, который вообще не имеет внутри батареи и рассчитан на работу только с внешней, кроме того подобные ИБП обычно имеют и больше ток заряда, например модель от Новатек-электро заряжает током от 8 до 15А, сравните с хилыми 1А у обычных.


Напомню, если вы планируете питать от вашего ИБП котел или холодильник, то нужна модель с синусоидальным выходным током, например как вариант выше, хотя его по мощности скорее всего для холодильника может не хватит.. И как я писал ранее, на передней панели обычно об этом стараются заявить в первую очередь.


Вариант для тех, у кого есть инструменты, небольшой опыт работы с электрикой и желание сэкономить это переделать обычный ИБП под работу с внешней батареей.
По сути можно сказать что здесь нет ничего сложного, провода идущие к родной батарее удлиняются и подключаются к батарее с тем же рабочим напряжением, обычно 12 вольт, реже 24 вольта.

Провода должны быть большого сечения (обычно 6мм.кв и более) и минимально возможной длины. Вот как раз ко мне в руки попал ИБП где человек уже доработал его для работы с внешней батареей, при этом оставив возможность использования родной.


С мощными ИБП люди сооружают довольно солидные конструкции.


Попутно отмечу сразу чтобы не забыть, если батарей более одной, то подключаются они не абы как, а диагонально, тогда нагрузка равномерно распределяется между батареями, это важно!


Но вернемся к нашим баранам, о батареях поговорим позже.
Если ИБП изначально не рассчитан на работу с внешней батареей (а разве переделывали бы мы какой-то другой?) то вы 100% столкнетесь с вопросом охлаждения.
Для примера я покажу трансформатор и радиаторы ИБП АРС мощностью 1000ВА, но не рассчитанного на внешнюю батарею.
Радиаторы это алюминиевые бруски справа на фото.


Трансформатор это штуковина по центру корпуса.


А вот для сравнения радиаторы и трансформатор у ИБП от Новатек-электро, имеющего точно такую же мощность.


При этом у него имеется еще и вентилятор.


Собственно из вышесказанного имеем два вывода:
1. Конструкцию надо охлаждать
2. Нагружать ИБП на полную мощность нежелательно, по крайней мере длительно.

Как охлаждать думаю можно легко догадаться, вентилятором, еще лучше, увеличить площадь радиаторов, например прикрутив к штатным радиаторы от старого компьютерного блока питания. Но учтите, замыкать между собой и на корпус радиаторы нельзя!
Кстати, если уменьшить мощность нагрузки то возможно дополнительное охлаждение радиаторов и не понадобится, потому как мощность, выделяемая на них, снижается квадратично от снижения нагрузки. Грубо говоря если мощность нагрузки уменьшить в два раза, то на радиаторах будет выделяться в 4 раза меньше тепла!

Вентилятор можно подключить либо напрямую к батарее, либо взять питание от силового трансформатора, но так как последнее сделать не так просто для неопытного пользователя, то рассмотрим первый вариант.
Типовой ИБП имеет батарею 12 вольт, реже 24 вольта, еще реже 36 или 48, ну а варианты на более высокие напряжения это вообще редкость в бытовом сегменте. Хотя вот у меня дома стоит ИБП на 1000ВА под напряжение 60 вольт.

Подключать вентилятор лучше через плату контроля, которая будет им управлять в зависимости от изменения температуры, датчик можно прикрутить к радиатору одного из силовых транзисторов. Но учитывайте, что так как все это подключено напрямую к аккумулятору, то в выключенном состоянии постепенно высадит ваш аккумулятор если вы закинете ИБП на полку после применения. Соответственно лучше иметь выключатель, отключающий питание платы.


Впрочем есть вариант менее "интеллектуальный", но более дешевый и еще более простой и не требующий выключателя.
Да, обычное термореле, бывают на разные температуры, я бы поставил что-то на 45-50 градусов, за выключатель можно не переживать, когда вы выключите ИБП и он остынет, то вентилятор отключится полностью.
Брать надо с нормально открытыми контактами, NO, тогда при нагреве они замкнутся. Кстати у меня есть и обзор такого варианта - ссылка.


С охлаждением и проводами можно сказать что предварительно разобрались, по крайней мере не думаю что здесь есть какие-то большие сложности, тем более всегда можно спросить в комментариях.
Проблему с пищалкой решаем хотя бы изолентой, ну или паяльником, а вот с автоотключением ИБП при очень малой нагрузке ситуация сложнее, необходимо искать информацию по каждой модели отдельно, благо она встречается не так и часто.

Осталась последняя проблема, маленький ток заряда.
Здесь есть несколько путей решения, но для начала поясню, чем это вообще грозит.
Представим что у нас есть некий ИБП и к нему подключена нагрузка мощностью ну пусть 250Вт, питается наш ИБП от автомобильного аккумулятора, время автономной работы около двух часов (да, все так грустно). Допустим нас устраивает время автономной работы.
И вот два часа не было света, аккумулятор почти полностью разряжен, свет дали и он соответственно начал заряжаться, пусть даже током 1А, а не жалкими 0.4А, как иногда бывает. Теперь вопрос, через какое время он полностью зарядится?

Простейшие расчеты показывают, что для полного заряда аккумулятора емкостью 55Ач током 1А потребуется минимум 55 часов, а если свет отключают два раза в сутки? Сходу кстати должен сказать, что свинцово-кислотные аккумуляторы слишком большим током заряжать нельзя, но это тема для следующей статьи.

Поднять ток заряда средствами самого ИБП в принципе можно, но схемотехника бывает разной, потому универсальная инструкция вряд ли будет.
Второй способ простой, но требует некоторого вложения денежных знаков, использование внешнего зарядного устройства подключенного к аккумулятору и в сеть, разумеется до ИБП, а не после :)
Как пример, такое включение с инвертором, но думаю мысль понятна, но есть как всегда пара нюансов:
1. Если долго не пользуетесь конструкцией, то лучше зарядное отключать от аккумулятора чтобы он не разряжался через выходные цепи зарядного.
2. Обычные автомобильные зарядные предназначены для циклического заряда, потому выдают на выходе часто заметно выше рекомендованных для ИБП 13.75-13.85 вольта. И хорошо если оно имеет автоотключение по завершению заряда, в противном случае будет просто кипятить аккумулятор.


Что же делать?
А здесь также есть варианты, ну например купить что-то типа такого зарядного и перенастроить его с 12.6 вольта на 13.8, попутно уменьшив выходной ток с 3А до 2.5 с целью повышения надежности. У меня есть его обзор, а там как всегда схема и плата - ссылка.


Возможно более надежным решением будет покупка зарядного на 14.6 вольта с последующим снижением напряжения, например такого


Для тех, кому данные манипуляции сложны и непонятны есть еще один вариант, покупаем просто блок питания на 24 вольта (если речь о 12 вольт батарее) с подходящей мощностью и преобразователь. Вилку блока питания в розетку, выход блока питания на вход преобразователя, выход преобразователя на батарею. Необходимо иметь тестер для того чтобы установить напряжение 13.8 вольта и ток допустим 5 ампер, напряжение устанавливаем без подключения аккумулятора, ток при подключенном разряженном аккумуляторе.
Естественно преобразователь нужен с регулировкой тока.
Как пример, блок питания - ссылка, обзор подобного, либо такой вариант - ссылкаили такой, ну а если не уверены в качестве, то покупайте Минвел, например LRS-100-24
Преобразователь - ссылка, обзор или такой - ссылка, обзор.




С ИБП вроде пока разобрались, но в любом случае, если что-то непонятно, лучше уточните в комментариях чтобы потом не было мучительно больно о потраченном времени и деньгах.

Переходим к инверторам.
По большому счету здесь все очень похоже за исключением того, что недорогие инверторы, да и вообще подавляющее их количество, не имеет схемы переключения на батарею при пропадании сети, все придется делать вручную перетыканием сетевой вилки, в особо продвинутых случаях при помощи переключателя.
Выше уже была картинка, повторю ее снова. Здесь переключением сеть/инвертор заведует АВР, я уже как-то пояснял что это такое и как выглядит.


Но в принципе можно это все решить и при помощи более простого устройства, например реле выбора фаз.


Но в некоторых ситуациях и при наличии должного количества денежных знаков проще купить инвертор для солнечных батарей, во первых они часто имеют синусоидальную форму тока на выходе, в вторых рассчитаны на длительную работу и большой ток заряда батарей, а в третьих в будущем вы можете дополнить систему солнечными панелями.


Размеры подобных инверторов обычно также больше, а кроме того при их применении уже имеет смысл интегрировать их в домашнюю сеть стационарно. Именно такую систему мы и собрали у товарища в частном доме.


В общих чертах думаю понятно, потому хотел бы еще остановиться на подключении насущного, газовых котлов. Как я писал в самом начале, мы уже сталкивались с проблемами их работы от ИБП.
Для начала о работе от дешевого инвертора с меандром на выходе, ну или от простых и недорогих ИБП.

Слева на картинке то, что вы получаете от сети, справа варианты аппроксимированной синусоиды или упрощенно - меандр. Как можно заметить форма сильно отличается от той, что показано слева.


На самом деле в сети не такая красивая синусоида, верхушки обычно немного срезаны, но это терпимо, хотя также не сказал бы что хорошо.


Так вот здесь и кроется суть проблемы, асинхронные двигатели, применяемые в насосах, холодильниках, вентиляторах, вытяжках и т.п. отлично работают когда ток меняется плавно, но начинают больше греться если форма ближе к прямоугольнику и еще больше могут греться, если там кроме 50Гц присутствуют импульсы и на более высокой частоте.
Собственно из-за этого имеется некоторая связка, ИБП+двигатель котла и если у одного человека попался ИБП с пусть и меандром, но чистым, а двигатель котла сделан с запасом и у этого человека все работает хорошо, то у другого может быть все совсем наоборот.
Выход - питать такое оборудование от преобразователей и ИБП с чистой синусоидой на выходе. Есть в принципе методики "очистить" меандр, но они не всегда дают хороший результат и проще применять правильный инвертор.

Вторая проблема, также связанная с формой тока, у современных котлов контроллеру она может просто не понравится и он не захочет работать, выдав ошибку, причем чем новее и "фирменнее" котел, тем шанс этого выше.

Третья проблема, о которой часто вообще не задумываются, смотря грустными глазами на купленное оборудование и неработающий котел, правильность подключения ИБП.

Наша практика показала, что для корректной работы бывает недостаточно подать 220 на вход котла, надое еще сделать так, чтобы ноль при этом не отключался.
Дело в том что обычно у простых ИБП переключается только один провод, не важно какой, главное что один и иногда некоторые котлы отказывались работать после подключения к ИБП.
Проведя некоторое расследование выяснилось, что если переключается фаза, а ноль остается подключенным, то такие котлы работают корректно.
Проверить в принципе относительно несложно, либо тестером, с измерением сопротивления, там где соединение то оно будет близко к нулю, либо методом "научного тыка", благо комбинаций положения вилки в розетке всего 4 (вилок и розеток соответственно две пары).


Под конец данной части хочу рассказать про еще одну категории источников бесперебойного питания, низковольтных.
Да, если у вас есть низковольтные нагрузки, то гораздо выгоднее питать их не занимаясь двойным преобразованием сначала из 12 в 220, а затем из 220 в 12 или 5 (к примеру). Как пример - роутеры, освещение, видеокамеры и видеорегистраторы, охранные устройства, даже некоторые модели электроворот.
Они есть в промышленном исполнении, но еще более 8 лет назад я подробно рассказывал, как доработать обычный 12 вольт БП чтобы он мог работать как ИБП.


Есть и фирменные, например тот же Meanwell, обзор такого ИБП я уже делал.
К сожалению объединяет их один общий недостаток, выходное напряжение может плавать в диапазоне примерно 10.5-14 вольт при работе от батареи, хотя много какому оборудованию это никак не мешает.


Но был у меня также обзор еще более интересных ИБП, под один литиевый аккумулятор и с выходным напряжением 9/12 и 5 вольт, стоят недорого, места занимают мало, напряжение стабилизированное, ток нагрузки к сожалению только до 1А.


На этом на сегодня все, по моему я и так слишком сильно увлекся. но друзья, прошу извинить, информации действительно много, еще больше хочется рассказать, а как это все уместить в статью, не придумал, потому разбиваю на части. Следующая скорее всего будет посвящена аккумуляторам, их типам, подбору, расчету, подключению и т.п.