По переключению на резервный источник питания. Инструкция по организации резервного питания загородного дома — устройства и схема

Периодические отключения электричества способны вывести из строя всю систему отопления и повлиять на работу бытовой техники. Организация резервного питания дома только на первый взгляд сложная задача. В этой статье мы расскажем вам, как самостоятельно организовать резервное электроснабжение дома.

Практически в любом хозяйстве можно найти ряд устройств, которые было бы неплохо обеспечить резервным питанием. Сюда можно отнести холодильник, водонасосное оборудование, отопительный котел, компьютеры и устройства телефонии. Внезапно прерванная подача питания или скачки напряжения сокращают срок работы двигателей, возможен выход из строя блоков питания электронных устройств.

Существует два способа снизить влияние городской электросети на ритм своего быта. Для этого используют или источники бесперебойного питания (ИБП), или аварийные электрические генераторы .

Использование ИБП в домашнем хозяйстве

Почти все современные настольные компьютеры снабжены блоками бесперебойного питания для защиты от потери данных. Схожие по устройству приборы, но более мощного класса, могут быть использованы для питания бытовой техники во время аварийного обесточивания. Специфика их использования распространяется вплоть до организации аккумуляторных хранилищ, способных обеспечить весь дом электроэнергией в течение одного-двух дней.

И все же в быту наиболее широко применяются ИБП, защищающие отдельный потребитель или несколько, объединенных в выделенную линию, к которой может быть подключена также котельная или дежурное освещение. Это в корне меняет план электроснабжения дома, может потребоваться прокладка дополнительной проводки.

Инверторная система бесперебойного питания: 1 — сеть; 2 — батарейный инвертор; 3 — аккумуляторный банк; 4 — потребители

Перед приобретением ИБП следует составить список аварийных потребителей и рассчитать их мощность, потребляемую за наиболее продолжительный период, на который возможно отключение энергии. При этом обязательно учитывается как режим работы оборудования, так и прошлые опыты простоя без электричества.

Например, в резервном питании нуждаются:

1. Холодильник — 400 Вт, время работы — 6 ч.
2. Циркуляционный насос — 95 Вт, время работы — 24 ч.
3. Газовый котел и автоматика котельной — 85 Вт, время работы — 24 ч.
4. Зарядка ноутбука и телефонов — 200 Вт, время работы — 4 ч.

Таким образом, можно определить общее потребление приборов: 2,4 + 2,28 + 2,04 + 0,8 = 7,52 кВт/ч в сутки. Чтобы учесть и компенсировать временную деградацию аккумуляторов ИБП, к этому значению нужно добавить 30%, в итоге необходимая суточная емкость батареи ИБП составит почти 9,8 кВт/ч. Сделав поправку на время аварийной работы, вы получите необходимую мощность устройства. Учитывайте, что устройства такого класса мощности весьма дорогостоящие и делать дополнительный запас мощности не всегда нужно: поскольку ИБП не будет работать под полной нагрузкой, расчетной емкости хватит вполне.

Конфигурации защищенных сетей

При необходимости организовать резервное питание одному-двум потребителям, разумно использовать локальные ИБП. Так не потребуется переделка проводки в доме, нужно только корректно выбрать место установки прибора, а он довольно громоздкий.

В целом при нагрузке свыше 3 кВА/ч имеет смысл устанавливать одно устройство резервного питания для всех потребителей, организовав для них выделенную линию. Покупка одного мощного ИБП выгоднее нескольких менее мощных, в этом случае расходы на монтаж новой проводки вполне оправданы.

Другой плюс высокомощных ИБП — возможность самостоятельно определить режим и характеристики выходного тока для более продолжительной автономной работы. Встроенный контроллер заряда в таких устройствах существенно продлевает жизнь батарей и поддерживает их в полной готовности даже во время длительного простоя. Большинство устройств имеют интерфейс связи с ПК для отслеживания журнала работы и диагностики, а встроенный стабилизатор напряжения исключит скачки напряжения и сетевые помехи.

Длительная автономная работа — подключаем генератор

Есть два пути повышения времени автономной работы: наращивание парка аккумуляторных батарей и использование автономного источника электроэнергии. Первый вариант более дорогостоящий и использовать его следует лишь в тех условиях, где установка ДВС-генератора невозможна, например, в квартирах или офисах. Возникает спорный вопрос: а зачем нужен ИБП при наличии генератора?

Практика показывает, что параллельное использование этих устройств имеет свои плюсы:

1. Электроснабжение осуществляется абсолютно беспрерывно.
2. Характеристики тока, генерируемого портативными электростанциями, далеки от идеальных. Стабилизатор ИБП сглаживает помехи, имеет УЗИП электронного типа.
3. При работе от генератора не нужны устройства высокого класса мощности, достаточно чтобы они соответствовали пиковой нагрузке при одновременно включенных потребителях. В случае, рассмотренном выше, будет достаточно ИБП мощностью 1 кВА/ч.

В отдельных случаях имеет смысл использовать генераторы с функцией автозапуска. В момент перехода на питание от аварийного генератора и при возникновении нештатных ситуаций (генератор заглох, кончилось топливо), питание переключается на ИБП. В нормальном же режиме генерируемого электричества будет достаточно для поддержки полного заряда батарей и включения всех потребителей в работу.

Гибридная система бесперебойного питания: 1 — сеть; 2 — инвертор; 3 — генератор; 4 — аккумуляторный банк; 5 — потребители

Построение схемы на многофункциональном АВР

Комфорт от применения ИБП достаточно высок, чтобы многие владельцы задумались о резервном питании всей электросети, а не отдельных потребителей. Для этого также есть несколько путей решения.

При невозможности установить генератор функцию резервного питания на себя берет сборка аккумуляторных батарей достаточной емкости. Тип аккумулятора определяется режимом работы: гелиевые имеют наибольшую цикличность и рассчитаны на частые включения, свинцово-кислотные AGM-аккумуляторы дешевле, их оптимально использовать для работы в режиме байпаса.

Аккумуляторный парк собирается из нескольких параллельно подключенных необслуживаемых аккумуляторов емкостью в 100-200 А/ч. Суммарная емкость парка должна соответствовать общему энергопотреблению в пересчете на низкое напряжение, то есть в рассмотренном выше случае потребление приборов от сети 230 В составило 9,8 кВт/ч или кВА/ч. При напряжении 12 В это эквивалентно общему потреблению в 816 А/ч, так определяется суммарная емкость парка. При сборке нужно учитывать также собственное энергопотребление системы и потери в проводах низкого напряжения, это примерно 5-7% от первоначальной мощности. Все функции по управлению системой бесперебойного питания берет на себя инвертор с электронным управлением. Стоимость устройства надлежащего качества (MeanWell) на 1 кВт пиковой мощности составляет 400-600 $, от 3 до 5 кВт — 1200-1400 $. К слову, комплексные устройства с теми же параметрами обходятся как минимум в 2-3 раза дороже.

Резервная система с блоком АВР: 1 — сеть; 2 — генератор; 3 — аккумуляторный банк; 4 — щит автоматического ввода резерва (АВР); 5 — многофункциональный инвертор; 6 — потребители

При наличии генератора аккумуляторный парк можно существенно сократить до одного-двух часов бесперебойной работы. Но потребуется установка устройства АВР с функцией запуска генератора. Подойдут и простейшие щиты отечественного производства, такие как ЩАПг-3-1-50 «Техэнерго» (~20 000 руб.) или сборки АВР самостоятельного исполнения.

Могла сработать только тогда, когда пропадало напряжение основного источника, от понижение или повышения напряжения защитить нагрузку не могло. В новом варианте устройства были исправлены эти недочёты, а именно:

1. Устройство не переключит нагрузку на резервный источник питания при наличии даже пониженного напряжения основного источника.

Устройство не способно работать при напряжении менее 6-ти вольт.

Устройство не защитит нагрузку при повышении напряжения сверх допустимой величины.

Новый вариант устройства обладает значительно улучшенными характеристиками.

Способно работать при входном напряжении основного источника от 6 до 15 в.

Защита нагрузки от пониженного или повышенного напряжения. Для контроля напряжения основного источника используются два компаратора. При отключении основного источника напряжения, работа устройства аналогична его предыдущей версии.

Ток потребляемый нагрузкой ограничен только максимальным током, который могут выдержать контакты применяемого электромагнитного реле.

Питается устройство от резервного источника питания на 12 в и потребляет ток около 100 ма, в случае если напряжение основного источника меньше 12-ти вольт, нужно применить стабилизатор и включить его в разрыв показанный на схеме, а также установить пороги срабатывания защиты построечными резисторами.

Работа устройства

Напряжение основного источника поступает на резисторы R6 и R12 с которых напряжение поступает на входы компараторов, где сравнивается с напряжением поступающим со стабилизатора VR1. Отдельный стабилизатор VR1 применён для того, чтобы при изменении величины напряжения резервного источника питания не менялись пороги срабатывания защиты. Кратко опишу для чего предназначены эти подстроечные резисторы. Резистор R12 отвечает за срабатывание защиты при падении напряжения ниже минимального порога, который этим резистором выставляется. В моём случае этот порог 10.5 вольт и для того, чтобы его выставить, нужно при входном напряжении 10.5 вольт с помощью этого резистора выставить на выводе 7 компаратора напряжение 1.3в, что ниже порога срабатывания компаратора, так как на 6 ноге микросхемы напряжение 1.65 вольта, сразу же сработает защита. Резистор R6 отвечает за срабатывание защиты в случае критического повышения напряжения основного источника. В моём случае величина максимального напряжения установлена на уровне 13 вольт. При этом напряжении резистором R6 необходимо выставить на 5-й ноге микросхемы напряжение 4 вольта, что приведёт к срабатыванию защиты и переключению нагрузки на резервный источник. Благодаря этим резисторам защита срабатывает при понижении напряжения до 10.5 вольт, или повышении до 13.

Самой интересной частью схемы является узел собранный на микросхемах DD1 и DD2. Он собственно и является схемой защиты. Два входа этого узла подключены к компараторам, но для того, чтобы на выводе 8 микросхемы DD1 появился уровень логической 1 и сработала защита должны быть созданы определённые условия. Данный узел интересен ещё и тем, что логическая единица на выходе 8 DD1.1 появится при наличии одинаковых логических состояний на входах, либо два 0 , либо две 1. Если на одном входе будет 1, а на другом 0, то защита не сработает.

Работает схема защиты следующим образом. При нормальном входном напряжении основного источника работает только компаратор DA1.2, так как напряжение выше минимального порога отключения и следовательно открытый выходной транзистора компаратора DA1.2 замыкает выводы 4 и 5 элемента DD2.4 на массу, что аналогично состоянию логического 0, а на входах 1 и 2 элемента DD2.3 действует напряжение около 4.5 - 5 вольт, что аналогично состоянию логической 1, так как напряжение не достигает 13 вольт и компаратор DA1.1 не работает. При таком условии защита не сработает. При повышении напряжения основного источника до 13 вольт начинает работать компаратор DA1.1, открывается выходной транзистор и замыкая входы 1 и 2 DD2.3 на массу принудительно создаёт уровень логического 0, тем самым на обоих входах принудительно появляется уровень логического 0 и срабатывает защита. Если напряжение упало ниже минимального порога, то напряжение подводимое к 7-й ноге компаратора падает до уровня ниже 1.65 вольта, выходной транзистор закроется и перестанет замыкать входы 4 и 5 элемента DD2.4 на массу, что приведёт к установлению на входах 4 и 5 напряжения 4.5 - 5 вольт(уровень 1). Поскольку DA1.1 уже не работает и DA1.2перестал, то создаётся условие при котором уровень логической единицы появится на обоих входах узла защиты и она сработает. Подробнее работа узла показана в таблице. В таблице показаны логические состояния на всех выводах микросхем.

Таблица логических состояний элементов узла.

Налаживание устройства

Правильно собранное устройство требует минимальной наладки, а именно установки порогов срабатывания защиты. Для этого необходимо вместо основного источника напряжения подключить к устройству регулируемый блок питания и с помощью подстроечных резисторов выставить пороги срабатывания защиты.

Внешний вид устройства

Расположение деталей на плате устройства.

Список радиоэлементов

В работе электроснабжения коттеджа или загородного дома нередко случаются перебои в электропитании, особенно при большом удалении от мегаполисов. Для обеспечения автономного резервного электроснабжения сегодня предлагается немало эффективных приборов и схем, которые защищают чувствительную к перепадам напряжения бытовую технику и высокотехнологичное оборудование. Несложно представить себе, как чувствуют себя в глубинке хозяева домов в холодное время года при отключении электричества, особенно если на нем работает система автономного отопления и все электроприборы. Чтобы решить эту проблему, стоит установить в доме резервное электроснабжение.

Способы устранения перебоев в системе подачи электроэнергии

Выключение линии электропередач несет немало неудобства, и чтобы предотвратить многие проблемы, связанные с отключением электричества, разработано немало вариантов. Специалисты рекомендуют не отказывать себе во всех благах цивилизации, тем более, что ничего не надо изобретать - приборы для резервного электроснабжения дома есть в продаже. Они призваны стать альтернативным источником, который будет обеспечивать электричеством в том объеме, который длительное время будет обеспечивать работу основных электроприборов:

• охранных и противопожарных систем;
• принудительную вентиляцию и кондиционирование;
• запуск твердотопливного котла;
• насосы для работы водоснабжения и канализации;
• бытовые электроприборы и другое оборудование.

Все они не могут работать без электросети, поэтому так важна эффективная схема резервного электроснабжения. У многих загородных построек не всегда гарантируется надежная работа централизованной подачи электричества. Из-за нестабильных характеристик напряжения в сети и частых неплановых отключений электроснабжения на несколько часов, а то и суток, такие системы или чувствительные электроприборы выходят из строя. Загородный дом не должен быть местом решения постоянных проблем, а отличным местом для отдыха. Бесперебойное автономное электроснабжение коттеджа или загородного домовладения должно функционировать стабильно - для работы всех систем жизнеобеспечения.

Существует несколько вариантов решения проблемы с перебоями электропитания. Например, монтаж автономного резервного источника электроснабжения бесперебойного типа, который можно приобрести вместе с комплектом АКБ (аккумуляторных батарей). Они способны работать автономно некоторое время, в зависимости от их мощности и общей нагрузки.

Аккумуляторы для резервной системы питания гарантирует бесперебойное снабжение электроэнергией потребителей при длительных отключениях сети или при отсутствии внешних электросетей в удаленных районах.

Проект резервного электроснабжения

В проект резервного электроснабжения входит вся документация, где учитывается суммарная мощность всех автономных источников. В систему резервного автономного энергоснабжения загородного дома могут входить и ультрасовременные мини-электростанции, и традиционные источники электричества. Чем больше предполагается источников питания сети, тем больше эффективность. Однако, в такой проект должны быть внесены все показатели мощности генераторов и емкости аккумуляторов.

Проектная мощность автономного резервного электроснабжения, включая инвертор, рассчитывается так - суммарная мощность работающих устройств плюсуется и умножается на 3. Это вызвано тем, что при запуске техника тянет максимальное количество энергии. Данный показатель учитывается для того, чтобы автономная сеть справлялась с максимально возможной нагрузкой по проектной мощности. В расчеты входят потребности электропитания питаемых схемой приборов:

• активные нагревательные (плита и электрочайник, лампочки накаливания);
• индуктивные (холодильник, стиральная машина, телевизор, микроволновка и пр.)

Их потребляемую мощность суммируют (по таблице или согласно прилагаемой инструкции) и добавляют 20-25% от максимальной величины, на тот случай, если все электроприборы будут работать одновременно. То есть, небольшая дача с минимальным освещением, телевизором и холодильником будет работать по схеме резервного электроснабжения загородного дома при мощности в 2 кВт. Если пользоваться электроинструментом и другими приборами, то прибавляем еще 5-6 кВт.

Разновидности генераторов

Сегодня наиболее распространенные автономные резервные источники электроснабжения:

• станция бесперебойного питания;
• дизельный генератор;
• ветряной генератор;
• бензиновый генератор;
• инвертор.

1. Бензиновый электрогенератор считается одним из наиболее эффективных, хотя экономичным его не назовешь. Но для его достаточно при потребляемой мощности порядка 6 кВт. Такие источники энергии уместны там, где нет другой альтернативы, а бензин можно транспортировать без проблем. Например, если загородный дом стоит где-то у трассы или недалеко от бензоколонки.

Основные преимущества:

• почти бесшумная работа;
• хорошо запускается в зимний период;
• может использоваться как резервный источник.

2. В большом домовладении потребление энергии довольно больше, особенно если много осветительных приборов и нет другого отопления, кроме электрокаминов. При потребляемой мощности более 6 кВт специалисты рекомендуют приобрести дизельный генератор. Однако тут тоже не обойдется без значительных финансовых вложений. Зато он работает практические в любых условиях.

3. Ветряной генератор, или в просторечии «ветряк», довольно эффективен, но он может быть установлен в местности, где всегда дуют довольно сильные ветра или тянут по гонному ущелью сезонные сквозняки.

4. Среди резервных источников электроснабжения нового поколения также нередко используются импульсные конденсаторы (ИКЭ). Прекрасная альтернатива другим системам автономного электропитания, практически инновационное оборудование, которое можно приобрести в готовом виде. Эти портативные модели предлагают улучшенные характеристики бесперебойного питания, которые могут работать автономно или в системе резервного электроснабжения. Они предполагают такой комплект:

• преобразователь напряжения;
• реле переключения от сети к аккумулятору;
• зарядное устройство.

При подключении к схеме инвертора и автономных аккумуляторных батарей тоже получается мини-электростанция с достаточной мощностью.

Инверторная система на основе солнечных панелей

Во всем мире установка на крышу солнечных панелей - не новинка, а привычное дело. Правда стоит это дорого, но инвестиции через время окупаются. Энергия солнца легко преобразуется в переменный ток, однако не в каждом регионе ее достаточно для зарядки мощных батарей и полноценного обеспечения целого жилого дома.

В летнее время для зарядки аккумулятора для резервного электроснабжения этого может быть вполне достаточно, чтобы накапливать его для работы электросети в вечернее время - в течение нескольких часов. С дрогой стороны, такие панели оправданы, когда есть второй источник автономного электроснабжения, такой как дизельный генератор или инвертор.

Основное оборудование для работы по схеме получения энергии солнца и преобразования в электричество:

• солнечные панели, монтируемые на крыше дома или в другом месте;
• контроллер электрической зарядки;
• автоматическая защита постоянного/переменного тока;
• набор аккумуляторных батарей большой емкости;
• инверторный блок требуемой мощности.

Получается небольшая домашняя электростанция на территории удаленного больших городов коттеджа. Она может быть дополнена эффективной схемой инверторного типа, где источники энергии призваны эффективно дополнять друг друга.

Система инверторного типа идеально подходит для обеспечения бесперебойного питания в комплексе с солнечными панелями. Генератор можно отключать, пока работает аккумулятор, заряжаемый от энергии солнца, существенно увеличивая срок его работы.

Инвертор

Инвертор - важная составляющая автономного электроснабжения загородного дома или коттеджа. Он дает возможность периодически отключать генератор, чтобы минимизировать расходы топлива. За рубежом, как альтернативная схема обеспечения электричеством, инверторы считаются неотъемлемой частью автономного электропитания. Они универсальны и в том случае, когда нет возможности использовать энергию ветра и солнца.

Этот аппарат сверхнадежен, функционирует по схеме «включи и забудь». Современные инверторы гарантируют бесперебойное резервное питание не только объектов недвижимости, но и «мобильного» жилья типа вагончики, яхты и авто-трейлеры и пр.

Для защиты от перебоев электропитания при отключении электричества хорошо справляется инвертор для резервного электроснабжения дома. При напряжении 220В он способен обеспечить снабжение электроэнергией, при минимальных затратах на обслуживание. При этом он предоставляет возможность подключать аккумуляторные батареи, дающие длительное резервное снабжение электричеством. Инверторы относят к линейке наиболее выносливых ИБП для использования домашних электроприборов и чувствительной к перепадам напряжения технике.

Важные плюсы инвертора:

• бесшумное функционирование;
• возможность установки в любом помещении;
• минимальный уход и обслуживание;
• высокая надежность;
• длительная гарантия производителя;
• отменное качество;
• стабильная подача электричества;
• автоматический переход с подключением на схему резервного электроснабжения.

Инвертор при отключении питания линии электропередач на улице или в поселке сроком до суток - вне конкуренции. Бесперебойное электроснабжение дачи или загородного участка с помощью инвертора при частом отключении выгоднее схемы работы с генератором.

Совет: Как вариант - генератор плюс инвертор. Тут суммируются их «плюсы» и нивелируются «минусы». Инвертор способен запустить генератор если разряжены аккумуляторы, а потом отключится без необходимости. Генератор шумит, поэтому целесообразно включать его днём, пока находиться на работе или вне дома, а вечером переходить на бесшумный инвертор.

Особенности работы электрогенератора

Электрические генераторы работают на разных источниках энергии и вырабатывают:

• 1-фазный ток - для питания приборов на 220 Вт;
• 3-фазный ток - на 380 Вт.

Генератор для резервного электроснабжения очень эффективен, а его мощность может превышать 16 кВт, поэтому вполне подходит для полноценного автономного обеспечения загородного дома. Как вариант - для поддержки бесперебойного питания при частых отключениях электричества.

Генератор открытого исполнения идет в комплекте с:

• автоматической системой вентиляции;
• щитом для обеспечения работы;
• системой газоотведения выхлопов;
• модулем автоматической топливной дозаправки;
• системой автоматического тушения пламени (противопожарные меры).

Минусы генератора:

Без смены фильтров, свечей и масла генератор выходит из строя, а также ему требуется:

• помещение с вентиляцией;
• канистры для транспортировки дизельного топлива или качественной зимней солярки для работы в холодное время года;
• фоновый шум и претензии соседей при несогласованных включениях;
• запах перерабатываемого дизтоплива;
• потребность в периодическом облуживании, заправке и контроле работы;
• соблюдение графика замены расходных материалов.

Хотя этих проблем не так много, чтобы отказаться от возможности его использования, но это нарушает покой и нормальный отдых в загородном доме. И хотя он гарантирует резервное электроснабжение и бесперебойное питание дома, его лучше использовать в комплексе с другими системами и в отсутствие хозяев дома.

Именно по этой причине дизельные электрогенераторы чаще всего применяется как резервный источник обеспечения электричеством. Сегодня на отечественном рынке предлагается немало разновидностей дизель-генераторов, используемых для резервного электроснабжения загородных домов, а также для отопления и подачи воды. Современные дизельные электростанции идут в модульном и классическом (открытом) варианте.

В данной статье мы рассмотрим, как создать резервный аккумуляторный источник питания для небольших электронных устройств, чтобы на них никогда не пропадало питание.

Существует множество электронных устройств, на которые должно подаваться питание постоянно и без перебоев. Хорошим примером таких устройств являются будильники. Если посреди ночи питание пропадет, и будильник вовремя не сработает, вы можете пропустить важную встречу. Самым простым решением этой проблемы является резервная аккумуляторная система питания. Таким образом, если питание от внешнего источника падает ниже определенного порогового значения, аккумуляторы автоматически нагрузку на себя и продолжают всё питать, пока не восстановится внешнее питание.

Компоненты

• источник питания постоянного тока;
• аккумуляторы;
• батарейный отсек;
• стабилизатор напряжения (необязательно);
• резистор 1 кОм;
• 2 диода (с допустимым прямым током, превышающим ток от источника питания);
• разъем «папа» для постоянного напряжения;
• разъем «мама» для постоянного напряжения.

Принципиальная схема

Существует множество различных видов аккумуляторных систем резервного питания, и выбор типа системы в значительной степени зависит от того, что именно вы питаете. Для данного проекта я разработал простую схему, которую можно использовать для питания маломощной электроники, которая работает от 12 вольт или ниже.

Во-первых, нам нужен источник питания постоянного тока. Такие источники очень распространены и бывают различных напряжений и номинальных токов. Блок питания подключается к схеме через разъем питания постоянного тока. Затем он подключается к блокирующему диоду. Блокирующий диод предотвращает протекание тока из резервной аккумуляторной системы обратно в источник питания. Далее, через резистор и еще один диод подключается аккумуляторная батарея. Резистор позволяет батарее медленно заряжаться от источника питания, а диод обеспечивает низкое сопротивление пути протекания тока между батареей и конечной схемой, таким образом, аккумулятор может питать конечную схему, если выходное напряжение источника питания упадет слишком низко. Если схема, которую вы питаете, требует стабилизированный источник питания, то вы можете просто добавить в конце стабилизатор напряжения.

Если вы питаете Arduino или аналогичный микроконтроллер, то вы должны учесть, что вывод V in уже подключен к встроенному стабилизатору напряжения на плате. Таким образом, вы можете подать на вывод V in любое напряжение в диапазоне от 7 до 12 вольт.

Выбор номинала резистора

Выбор номинала резистора должен быть сделан с осторожностью, чтобы вдруг не перезарядить аккумулятор. Чтобы выяснить, с каким номиналом надо использовать резистор, необходимо в первую очередь рассмотреть источник питания. Когда вы работаете с нестабилизированным источником питания, выходное напряжение не неизменно. Когда схема, которая питается от него, выключается или отключается, напряжение на выходных клеммах источника увеличивается. Это напряжение холостого хода может достигать значения в полтора раза выше, чем то напряжение, которое указано на корпусе блока питания. Чтобы проверить это, возьмите мультиметр и измерьте напряжение на выходных клеммах источника питания, когда к нему ничего не подключено. Это и будет максимальное напряжение источника питания.

NiMH аккумулятор может безопасно заряжаться при токе заряда C/10, или одна десятая емкости аккумулятора в час. Однако прикладывание тока такой же величины после того, как аккумулятор был полностью заряжен, может привести к его повреждению. Если предполагается, что аккумулятор будет непрерывно заряжаться в течение неопределенного периода времени (как, например, в аккумуляторной системе резервного питания), то ток заряда должен быть очень низким. В идеале, ток заряда должен быть равен C/300 или еще меньше.

В моем случае, я буду использовать аккумуляторный отсек размера AA с аккумуляторами емкостью 2500 мАч. В целях безопасности мне нужен ток заряда 8 мА или меньше. Исходя из этого, можно рассчитать, резистор какого номинала нам нужен.

Чтобы рассчитать необходимое сопротивление вашего резистора, начните с определения напряжения холостого хода источника питания, затем вычтите из него напряжение полностью заряженной аккумуляторной батареи. Это даст вам напряжение на резисторе. Чтобы определить сопротивление, разделите разность напряжений на значение максимального тока. В моем случае, напряжение холостого хода источника питания равно 9В, а напряжение на аккумуляторной батарее равно около 6В. Это дает разность напряжений 3В. Деление этих 3 вольт на ток 0,008 ампер дает значение сопротивления 375 Ом. Поэтому номинал нашего резистора должен быть не менее 375 Ом. Для дополнительной безопасности я использовал резистор 1 кОм. Однако имейте в виду, что использование резистора с большим сопротивлением значительно замедлит заряд аккумулятора. Но это не проблема, если система резервного питания используется очень редко.

Для обеспечения надежной работы многих стационарных устройств необходимо применять резервное питание. Чаще всего для этих целей устанавливают аккумулятор, но за ним надо следить, не допуская сильного разряда и вовремя ставить на подза- ряд. Удобнее эту обязанность поручить автоматике.

Для подзаряда аккумулятора необходимо соответствующее устройство (внутреннее или внешнее). Зарядное устройство можно выполнить в составе системы бесперебойного питания и полностью автоматизировать процесс, т. е. оно может включаться при снижении напряжения на аккумуляторе ниже порогового уровня , или же применить «плавающий» подзаряд . Под плавающим зарядом подразумевают подключение аккумулятора параллельно с нагрузкой (рис. 2.18), когда источник питания служит только для компенсации токов саморазряда в элементах питания. В этом случае схема получается наиболее простой.

В этих схемах поступающее напряжение с трансформатора выбирается таким, чтобы зарядный ток, проходящий через аккумулятор, компенсировал ток естественного саморазряда. Нужное напряжение после выпрямителя можно подобрать экспериментально установкой дополнительных диодов или с помощью отводов от вторичной обмотки трансформатора (у некоторых унифицированных трансформаторов, например из серии TH, ТПП и др., есть возможность немного изменить напряжение во вторичной цепи за счет переключения отводов в первичной обмотке). При этом контролируем ток в цепи аккумулятора по амперметру. Обычно значение тока «плавающего» подзаряда не должно превышать 0,005…0,01 номинального для аккумулятора. Уменьшение тока заряда приводит только к увеличению продолжительности процесса (в данном применении время заряда значения не имеет - оно всегда будет достаточным).

Такие схемы можно применять, если ваша сеть достаточно стабильна и питающее напряжение не выходит за рамки допуска

Рис. 2.18. Схемы, обеспечивающиеплавающийподзаряд аккумулятора резервного питания

(в крупных городах за этим следят). В противном случае между трансформатором и аккумулятором устанавливается стабилизатор напряжения и диод, препятствующий прохождению тока аккумулятора в стабилизатор, когда трансформатор не включен (рис. 2.19). Микросхема KP142EH12 может быть заменена аналогичной импортной LM317.

Рис. 2.19. Схема зарядного устройства со стабилизатором напряжения

Более совершенная схема зарядного устройства приведена на рис. 2.20. Она не только поддерживает стабильное напряжение на

аккумуляторе, но и имеет настраиваемую токовую защиту, которая предотвращает повреждение элементов в случае короткого замыкания на выходе (или неисправности аккумулятора). Ограничение тока полезно и в тех случаях, когда подключается новый аккумулятор (еще не заряженный или сильно разряженный ранее). В этом случае ограничение тока на нужном уровне предотвращает перегрузку питающего сетевого трансформатора (он может быть маломощным - 14…30 Вт, так как в режиме «Тревога» необходимый ток вполне может обеспечить сам аккумулятор). Кроме того, внутри микросхемы есть температурная защита, отключающая ее выход при перегреве, что исключает повреждение компонентов.

Для сборки устройства можно воспользоваться односторонней печатной платой из стеклотекстолита, показанной на рис. 2.21, ее внешний вид приведен на рис. 2.22.

При монтаже применялись детали C1 - любой оксидный, С2-С4 - из серии K10. Подстроечный резистор R4 - многооборотный СП5-2В. В качестве микросхемы можно использовать любые из серии K142EH3 или K142EH4 - они имеют планарные выводы. Для установки микросхемы со стороны печатных проводников, в плате сделано окно размером 15 x 10 мм и отверстия для ее крепления. Между пластиной теплоотвода микросхемы и платой подкладываются диэлектрические шайбы так, чтобы выводы легли прямо на токопроводящие дорожки. Это позволит ко всей плоскости микросхемы закрепить отводящую тепло пластину.

Рис. 2.21. Топология печатной платы и расположение элементов

Рис. 2.22. Внешний вид монтажа элементов на плате

Трансформатор (T1) можно заменить на ТП115-K9 - он имеет 2 обмотки по 12 В с допустимым током до 0,8 А. В холостом ходу на обмотке будет напряжение 16 В, а после выпрямления и сглаживания конденсатором - 19 В, что вполне достаточно для работы стабилизатора (основную часть времени схема будет работать как раз в режиме хрлостого хода).

Работающая аналогично еще одна схема приведена на рис. 2.2,3- Основой ее является микросхема L200 (отечественных аналогов нет), имеющая выводы (2 и 5) для контроля тока в нагрузке. Приреденное включение микросхемы является типовым: от номинала резистора В2 зависит максимальный ток в цепи нагрузки (Lax = 0,45/R2), а нужное напряжение выставляется резистором R3. Стабилизатор может обеспечить выходной ток от 0,1 до 2 А и имеет внутреннюю защиту от перегрева.

Рис. 2.23. Второй вариант схемы зарядного устройства с ограничением тока

Для монтажа элементов второй схемы зарядного устройства можно воспользоваться печатной платой, показанной на рис. 2.24.

О настройке всех схем со стабилизацией. Вам потребуется миллиамперметр, вольтметр (лучше цифровой) и имитирующий нагрузку мощный резистор. Все это соединяется no схеме, показанной на рис. 2.25.

Сначала при отключенном аккумуляторе соответствующим подстроечным резистором выставляем на выходе стабилизатора напряжение 13 В, После этого переключателем S1 включаем резистор RH и проверяем ток ограничения. Его можно установить любым при помощи подбора резистора токовой обратной связи - R3 в схеме рис. 2.20 (например, для тока 220 мА - R3 = 3,9 Ом; для 300 мА - R3 = 3,3 Ом) или R2 в схеме на рис. 2.23.

Рис. 2.24. Топология печатной платы и внешний вид монтажа

Рис. 2.25. Стенддля настройки и проверки зарядногоустройства

Теперь вместо резистора RH подключаем аккумулятор GB1. Необходимый ток в цепи заряда (для энергоемкости конкрегного аккумулятора) устанавливаем подстройкой выходного напряжения. Окончательную установку следует делать уже после того, как аккумулятор полностью зарядится - этот ток должен компенсировать саморазрядОВ1.

Дополнительная литература

1. Кадино Э. Электронные системы охраны. Пер. с франц. - M.: ДМК Пресс, 2001,c. 11.

2. Шелестов И. П. Радиолюбителям: полезные схемы. Книга 1. - M.: СОЛОН-Пресс, 2003, с. 84.

3. Шелестов И. П. Радиолюбителям: полезные схемы. Книга 3. - M.: СОЛОН-Пресс, 2003, с. 133.

4. Сайт фирмы: http://www.dart.ru/index5.shtml?/cataloguenew/acoustics/oscillator.shtml

5. ХрусталевД. А. Аккумуляторы. - M.: Изумруд, 2003.