Τεχνικός οδηγός

Διαστασιολόγηση UPS και μπαταρίας

Δύο διαφορετικές δυνατότητες: πόση ισχύ μπορεί να αποδώσει το UPS και για πόσο χρόνο μπορεί να την παρέχει η μπαταρία του.

KiloVolt — Εργαλειοθήκη ηλεκτρολόγου μηχανικού

Ένα UPS 2 kVA δεν σημαίνει αυτονομία 30 λεπτών

Το UPS τροφοδοτεί κρίσιμο εξοπλισμό όταν διακοπεί η κανονική παροχή. Πρέπει να ελεγχθούν δύο διαφορετικές ικανότητες: η στιγμιαία παρεχόμενη ισχύς και ο χρόνος για τον οποίο η μπαταρία τη διατηρεί. Το KiloVolt κρατά δύο κύρια πεδία, το κρίσιμο φορτίο σε W και τον χρόνο εφεδρείας σε λεπτά. Όλες οι άλλες παράμετροι είναι επεξεργάσιμες παραδοχές στις Προχωρημένες ρυθμίσεις.

1. Ξεκινήστε από το πραγματικό κρίσιμο φορτίο

Αθροίστε την πραγματικά αναμενόμενη ταυτόχρονη ζήτηση σε watt του εξοπλισμού που χρειάζεται αδιάλειπτη παροχή, όχι τα ονομαστικά ρεύματα των διακοπτών. Όπου χρειάζεται, εξετάστε χωριστά τα ρεύματα εκκίνησης και ζεύξης (inrush).

2. Watt και volt-ampere

Sload=PloadPFS_{load}=\frac{P_{load}}{PF}

Φορτίο 1.200 W με συντελεστή ισχύος 0,90 αντιστοιχεί περίπου σε 1.333 VA. Ένα UPS έχει χωριστό μέγιστο όριο σε W και σε VA και πρέπει να ικανοποιούνται και τα δύο. Ο ονομαστικός συντελεστής ισχύος εξόδου του UPS δεν ταυτίζεται με τον συντελεστή ισχύος του φορτίου. Με περιθώριο 25%:

PUPS=1200×1,25=1500 W,SUPS=1500/0,9≈1667 VAP_{UPS}=1200\times 1{,}25=1500\ \mathrm{W},\qquad S_{UPS}=1500/0{,}9\approx 1667\ \mathrm{VA}

Η κατηγορία 2 kVA βοηθά στην αρχική αναζήτηση, αλλά το συγκεκριμένο μοντέλο πρέπει να διαθέτει επαρκή έξοδο σε W και κατάλληλα χαρακτηριστικά.

3. Ενέργεια και αυτονομία

EAC=P tE_{AC}=P\,t

Ισχύς 1.200 W για 30 λεπτά σημαίνει 600 Wh που παραδίδονται στο φορτίο. Η μπαταρία πρέπει να διαθέτει περισσότερη ενέργεια λόγω απωλειών μετατροπής και περιορισμών ωφέλιμης χωρητικότητας:

Ebattery,nominal≈EACη u a=6000,9×0,8×0,8≈1042 WhE_{battery,nominal}\approx\frac{E_{AC}}{\eta\,u\,a}=\frac{600}{0{,}9\times 0{,}8\times 0{,}8}\approx 1042\ \mathrm{Wh}

Το η είναι ο βαθμός απόδοσης μετατροπής από την μπαταρία προς την έξοδο AC, το u το αξιοποιήσιμο κλάσμα χωρητικότητας κατά τη θέση σε λειτουργία και το a το ποσοστό χωρητικότητας που απομένει στο τέλος ζωής. Καμία από αυτές τις τιμές δεν είναι σταθερή για όλες τις χημικές τεχνολογίες και τα μοντέλα. Το αποτέλεσμα είναι προκαταρκτική εκτίμηση ονομαστικής ενέργειας, όχι εγγύηση αυτονομίας 30 λεπτών.

4. Γιατί χρειάζονται καμπύλες αυτονομίας

Η ενέργεια που αποδίδει μια μπαταρία σε συγκεκριμένο ρυθμό εκφόρτισης δεν προκύπτει αναλογικά από την ονομαστική χωρητικότητα. Στις μπαταρίες μολύβδου η διαθέσιμη χωρητικότητα μειώνεται σημαντικά στις σύντομες εκφορτίσεις με μεγάλα ρεύματα. Χαμηλή θερμοκρασία, γήρανση και όριο αποκοπής DC του UPS τη μειώνουν περαιτέρω. Στις μπαταρίες λιθίου παίζουν ρόλο τα όρια BMS, η θερμοκρασία και η συμβατότητα UPS. Επιβεβαιώστε το συγκεκριμένο μοντέλο από την καμπύλη αυτονομίας του, για το πραγματικό φορτίο.

5. Το περιθώριο ισχύος δεν είναι πρόσθετη ενέργεια

Το περιθώριο 25% αφορά τη διαστασιολόγηση ισχύος UPS για μελλοντική αύξηση. Δεν αυξάνει την ενέργεια που χρειάζεται το σημερινό φορτίο των 1.200 W. Για να εξετάσετε μελλοντικό μεγαλύτερο φορτίο, εισαγάγετέ το ως δεύτερο σενάριο· ποτέ να μην πολλαπλασιάζετε σιωπηρά την ενέργεια μπαταρίας με το περιθώριο.

6. Επιλογή UPS

Ελέγξτε τα W και VA του φορτίου, την απαιτούμενη αυτονομία, την τάση και κυματομορφή εξόδου, τη συμπεριφορά μεταγωγής, την παράκαμψη, την εφεδρεία και τις περιβαλλοντικές συνθήκες. Κινητήρες, συμπιεστές, φορτία με υψηλό ρεύμα εκκίνησης ή ζεύξης και μη γραμμικά φορτία απαιτούν προσοχή στον συντελεστή κορυφής και στην ικανότητα υπερφόρτισης. Χωρίς στοιχεία αυτονομίας κατασκευαστή, το αποτέλεσμα KiloVolt παραμένει προκαταρκτική εκτίμηση ενέργειας.

7. Ερωτήσεις

  • Ένα UPS 2 kVA είναι πάντα 2 kW; Όχι. Ελέγξτε και τις δύο ονομαστικές τιμές.
  • Μπαταρία 1,0 kWh διαρκεί μία ώρα στα 1 kW; Μόνο ως ιδανική αφετηρία. Απώλειες μετατροπής και περιορισμοί εκφόρτισης συνήθως μειώνουν τον χρόνο.
  • Γιατί η απαιτούμενη ενέργεια μπαταρίας είναι μεγαλύτερη από την ενέργεια φορτίου; Περιλαμβάνει παραδοχές για μετατροπή και ωφέλιμη χωρητικότητα.
  • Μπορώ να διαστασιολογήσω με αυτό σύστημα έκτακτης ανάγκης ή ασφάλειας ζωής; Όχι αποκλειστικά. Απαιτούνται εξειδικευμένη μελέτη και οι αντίστοιχες εγκρίσεις.

Σχετικό θέμα: Οδηγός Φ/Β και υβριδικών συστημάτων (μπαταρίες σε διαφορετικό πλαίσιο) · Οδηγός επιλογής UPS της Eaton