Бесперебойники для насоса отопления

Введение

UPS указанной модели в случае отключения питания к силу своей схемной реализации способен лишь обесточить нагрузку, сам он остается включенным. В данной статье описывается, как устранить этот недостаток.

Описанное здесь устройство можно использовать с любой моделью Back-UPS, но в этом случае приведенная здесь информация о коммуникационном порте может оказаться неверной.

Обзор UPS, коммуникационного порта и интерфейсного кабеля 940-0020B

Источник бесперебойного питания APC Back UPS 600I имеет топологию StandBy (Off-Line) – рис. 1.

Рис. 1. Топология StandBy

UPS, построенный по данной схеме, нередко называют термином «Off-Line UPS». В каждый конкpетный момент вpемени он может находиться в одном из 2 pежимов pаботы — Stand-by или On-line. В случае, когда напpяжение в сети находится в допустимых пpеделах (Standby mode), transfer switch пеpеключен на пpотекание тока нагpузки по цепи «Surge suppressor — Filter». В этом pежиме UPS ничем не отличается от обыкновенного сетевого фильтpа. Hикакой стабилизации напpяжения не пpоисходит. Во вpемя pаботы в этом pежиме также пpоисходит заpядка аккумулятоpных батаpей UPS.

В случае выхода напpяжения сети за допустимые пpеделы, transfer switch пеpеключается на питание нагpузки по цепи «Battery — DC/AC inverter» (On-line mode), т.е. от энеpгии аккумулятоpной батаpеи, пpеобpазуемой инвеpтоpом в AC 220V. Так как пеpеключение контактов и запуск инвеpтоpа не могут пpоисходить мгновенно, питание нагpузки будет пpеpвано на некотоpое вpемя (Transfer Time). Большинство Standby UPS обеспечивают Transfer Time поpядка 4-8 ms. Особенность данной системы в том, что пеpеключение в On-Line пpи выходе напpяжения сети за допустимые пpеделы пpоисходит немедленно, а возвpат в Standby mode — с обязательной задеpжкой в несколько секунд. Иначе, пpи многокpатных бpосках напpяжения в сети, происходило бы непpеpывное пеpеключение Standby/On-Line и обpатно, что пpивело бы к значительным искажениям тока нагpузки и возможному выходу ее из стpоя или к сбою в ее pаботе.

Пpи этом следует учесть, что данная схема обычно не обладает возможностью стабилизации напpяжения пpи pаботе в Standby mode и, следовательно, пеpеходит в On-Line пpи каждом отклонении напpяжения сети. Разpяд аккумулятоpной батаpеи пpоисходит намного быстpее, чем обpатный заpяд. Мощность battery charger’а для данной схемы обычно выбиpается сpавнительно малой, и pасхода энеpгии от батаpей во вpемя brownout’ов не компенсиpует. Следовательно, для применения в случае низкого качества питающей сети данная топология UPS малопpигодна по двум пpичинам: 

• а) Пpи частых пеpеходах в On-Line батаpея достаточно быстpо pазpяжается, не успевая восстановить заpяд за вpемя Standby mode, в pезультате чего UPS теpяет способность обеспечить аваpийное питание нагpузки в течение тpебуемого вpемени;

• б) Частое повтоpение циклов pазpяд/заpяд сокpащает сpок службы аккумулятоpных батаpей.

Описание топологии взято из (см. список используемых источников в конце статьи).

Коммуникационный порт

UPS имеет коммуникационный порт (рис. 2) для связи с COM-портом компьютера.

Рис. 2. Коммуникационный порт APC Back UPS

Назначение ножек порта:

1. 1. Shutdown UPS. При батарейном питании напряжение высокого уровня RS-232 вызывает отключение инвертора и обесточивание нагрузки. UPS реагрует на этот сигнал только при питании нагрузки от батареи. На сайте APC указано, что сигнал должен действовать в течении 1 секунды, однако экспериментальная проверка показала, что UPS реагирует на сигнал немедленно.
2. 2. Line Fail. В уровнях RS-232. Высокий уровень означает переход на батарейное питание.
3. 3. Line Fail. Открытый коллектор. Нормально открыт.
4. 4. GND
5. 5. Battery Low. Открытый коллектор. Нормально открыт.
6. 6. Line Fail. Открытый коллектор. Нормально закрыт.
7. 7. Не используется.
8. 8. Не используется
9. 9. GND

Высокий уровень RS-232 – около +12в относительно земли порта, низкий – около –12в.

Примечание: при разработке каких-либо промежуточных схем можно использовать и ТТЛ уровни. UPS и COM-порт на них реагируют нормально.

Информация о разводке порте и назначении его контактов официальная, взята из (см. список используемых источников в конце статьи).

Пошаговый алгоритм действий

Алгоритм действий для самостоятельного изготовления блока питания из старого ИБП будет следующим:

1. от ИБП отсоединяется трансформатор, подготавливается будущий корпус устройства;
2. с использованием омметра определяется обмотка с самым высоким значением сопротивления: черный и белый провода, которые в будущем будут служить в качестве входа в устройство (если для изготовления используется старый корпус от ИБП, то входом будет соответствующее гнездо, расположенное в торцевой части бесперебойника и служащее для связи прибора и розетки);
3. из проводов, расположенных с одной стороны от расположения сердечника, формируется «вход», из находящихся на противоположной стороне проводов обустраивается «выход» устройства;
4. на трансформатор подается переменный ток с напряжением 220 вольт;
5. снимается напряжение с незадействованных контактов;
6. определяется пара, обладающая разностью потенциалов в 15 вольт (белый и желтый провода — «выход»);
7. на «выход» устанавливается диодный мост;
8. к его контактам подключаются потребители.

Схемы и пояснения

На рисунке 1 изображен стандартный трансформатор от ИБП с типичной расцветкой проводов, на которые даются ссылки в инструкции по самостоятельному изготовлению блока питания.

Как сделать лабораторный блок питания

Изготовление лабораторного блока питания из старого бесперебойника — более сложная задача. Лабораторный блок питания зачастую используется радиолюбителями. Помимо трансформатора от старого ИБП, потребуются также:

• мощный транзистор;
• диоды для выпрямления напряжения;
• микросхема (от ОУ);
• реле;
• набор светодиодов;
• варистор;
• разъемы;
• оксидные конденсаторы;
• керамические конденсаторы.

Экспликация блока питания представлена на рисунке 2.

Первичная обмотка трансформатора получает напряжение от сети через вставленный элемент FU1 и выключатель подачи питания SА1. Подключенный параллельно RU1 (варистор) служит защитой от скачков напряжения.

При помощи R1 (резистор токоограничения) и VD1 (диод) происходит питание светодиода HL1, который выполняет роль индикатора наличия сетевого напряжения.

К обмотке || подключается выпрямитель напряжения, расположенный на VD2-VD5 (диодные сборы). Положение релейных контактов К 1.1 определяет работу трансформатора как двухполупериодного с напряжением в районе 10 В или как мостового с напряжением примерно 20 В. От выпрямителя напряжение поступает к полевому транзистору.

При помощи конденсаторов С1 и С3 сглаживаются пульсации. При помощи резистора R17 обеспечивается минимальная нагрузка стабилизатора напряжения.

От собранного на VD6-VD9 (диоды) выпрямителя при участии С2 и С5 (конденсаторы) происходит питание параллельного стабилизатора на:

• микросхемах (DA1, ОУ DA2);
• реле К1;
• вентиляторе M1.

HL2 (светодиод) подает сигнал при наличии напряжения в этом выпрямителе.

Порог ограничения тока устанавливается резисторами:

• R7;
• R8.

Управление реле (К1) происходит при помощи резистора (VT2). Выходное напряжение устанавливается R19 (подстроечный резистор). При его превышении при помощи реле происходит переключение выходного напряжения. При превышении установленного R15 (резистор) значения максимальной температуры VT3 (транзистор) и RK1 (терморезистор) запускают в работу M1 (вентилятор). Чрезмерное напряжение реле и вентилятора распределяются, соответственно, на R13 и R18 (резисторы).

При превышении порогового значения тока нагрузки уменьшается напряжение выхода ОУ. VD 10 (диод) открывается, уменьшая напряжение на VT1 (затвор транзистора) до обеспечивающих протекание тока нормальных значений. Ограничение тока устанавливается R8 и R7 (резисторы) в интервалах 0-0,5 А и 0-5 А соответственно. При помощи конденсаторов обеспечивается устойчивое функционирование токоограничителя.

С увеличением их емкости значение устойчивости также увеличивается, однако уменьшается значение быстродействия токоограничителя.

На рисунке 3 изображены собранные выпрямители, транзисторы в монтаже с взаимосвязанными элементами. Выводы трансформатора оснащены гнездами, при необходимости их использования для них производится монтаж соответствующих им вилок, выпаянных из платы от старого ИБП.

Налаживание следует начинать с определения максимального значения напряжения на выходе при помощи R12 (резистор) с движком, расположенным сверху в схеме. При помощи подборки R13 (резистор) на К1 (реле) устанавливается номинальное значение напряжения. На вентиляторе напряжение устанавливает R18 (резистор).

Налаживание выходного токоограничителя происходит путем подключения последовательно соединенных амперметра и переменного резистора с сопротивлением 15 ом и мощностью 50 Вт.

Резисторы R1, R7 устанавливаются в положение в схеме слева, а R8 — справа, с его помощью происходит регулировка выходного тока.

Режим ограничения тока позволит зарядить аккумуляторы путем установки конечного напряжения и тока. В дальнейшем доработка осуществляется установкой оборудования:

• вольтметр;
• амперметр;
• комплексное измерительное устройство.

Импульсные блоки питания как работают краткий обзор схем

Структурная схема импульсного блока питания поясняется мнемоническими символами формы напряжения над каждым его составным блоком, а связи взаимодействия обозначены стрелками.

Принципиальную схему удобно представлять таким видом.

Монтажная плата одного из устройств с расположением деталей показана на фотографии ниже с моими комментариями.

Естественно, что это только частный случай, который, скорее всего не совпадет с вашим ИБП. Здесь я преследую простую цель — напомнить принципы взаимодействия составных частей блока.

Если вам необходимо более подробно ознакомиться с этими вопросами, то читайте специально написанную статью.

2 Параметры в использовании

Отопительные системы в своем большинстве работают на природном газе. Для того, чтобы все оборудование работало эффективно и без сбоев, в такие системы необходимо интегрировать стабильный источник питания.

В случае неожиданного отключения электроэнергии, система без такого оборудования отключится и начнет остывать, что может привести ее к выходу из строя.

ИБП для резервирования насосов газового котла

При постоянно возникающих скачках напряжения (довольно частое явление во всех электросетях), стабильное напряжение на выходе можно также получать при помощи ИБП. В этом случае такое устройство будет одновременно являться и стабилизатором и аккумулятором.

Для создания резервного источника питания для насоса и автоматики отопительной системы потребуется аккумулятор, инвертор и зарядное устройство.

Выбирая какой-либо бесперебойник, следует обратить внимание на параметры выходного напряжения. В прилагаемой к устройству инструкции должно быть четко обозначено — чистый синус

Квази-синус, апроксимированный синус, квазисинусоидальная форма — не подходят, так как при их применении довольно часто отказывает автоматика управления системой, что приводит к перегреву и поломке, как насоса, так и автоматических нагревательных горелок.

2.1 Советы специалиста

При покупке и установке следует обратить внимание на следующие моменты:

• устройство должно быть надежным, качественным и экономным при расходе энергии, так как в экстренных ситуациях ему придется работать в течение нескольких часов;
• цена оборудования не должна влиять на выбор, потому что его эксплуатация продлится на протяжении многих лет;
• для увеличения срока автономной работы потребуются дополнительные (запасные) аккумуляторы);
• если ИБП включен в систему отопления, то к нему не допускается подключение других устройств, таких как холодильник, глубинный насос или подобного рода приборы или устройства;
• расположение (крепление) может быть напольным и настенным. При больших габаритах устройства и высокой мощности его лучше устанавливать на полу;
• помещением для установки может быть подвал или полуподвал, в котором предварительно установлен герметически закрывающийся шкаф, который обеспечивает гидроизоляцию (отсутствие влаги) на аккумуляторных батареях и самом устройстве.

Пример смонтированного байпаса с насосом в системе отопления

2.2 Самодельный бесперебойник

Сделать своими руками такое нужное устройство для специалистов не является неразрешимой задачей.

В качестве основы необходимо использовать инвертор, который на выходе оснащен меандром. Для получения чистой синусоиды обязательно следует добавить специальный фильтр. Один из способов преобразования меандра в чистую синусоиду является включение импульсного преобразователя.

Естественно, что точные параметры оборудования, сделанного своими руками, может получить только человек хорошо знающий принципы электротехники.

Решая задачу — как сделать источник бесперебойного питания своими руками правильно, сразу следует учесть, что автомобильные аккумуляторы для использования в этих целях не рекомендуются. Кроме того, минимальная емкость заряженных батарей должна составлять не менее 100 А/ч.

При эксплуатации системы отопления в местах, где возможно длительное отключение электричества, следует обзавестись автономной электростанцией или генератором. Это позволит ввести два режима работы — ночной и дневной. Ночью система запитана только от ИБП, а днем она работает от генератора, который одновременно заряжает батареи.

Самодельное бесперебойное устройство

Для того, чтобы увеличить длительность работы источника бесперебойного питания следует подключить несколько батарей одного уровня заряда и одинаковой емкости. Соединение может быть последовательным, для увеличения напряжения при не меняющейся емкости, или параллельное, что увеличит емкость, не меняя напряжение.

Аккумуляторные батареи не должны стоять вплотную друг к другу и при размещении их лучше всего устанавливать в закрытом помещении при комнатной температуре. Наличие близкого источника тепла, так же как и влияние холода, неблагоприятно сказывается на работе батарей, значительно снижая их работоспособность.

Использование источника бесперебойного питания в системе отопления не является обязательным. Но не смотря на дополнительные затраты, позволяет быть уверенным в том, что тратиться на ремонт вышедшего из строя, из-за отключения электроэнергии, оборудования — не придется.

1 Почему необходим ИБП

Стационарные системы передачи электроэнергии от производителя к потребителю достаточно часто преподносят сюрпризы в виде отключения питания. Это происходит по множеству причин, которые не столь важны, кроме самого факта — света нет.

Когда это происходит, системы отопления, включающие в себя электронасосы, останавливают циркуляцию теплоносителя, ее отдельные элементы перегреваются и выходят из строя.

Из такой ситуации есть три выхода:

1. Рассчитать и построить отопительную систему, в которой отсутствует электронасос. Циркуляция в таком случае должна происходить за счет воздействия гравитационных сил и разницы в плотности нагретой и холодной жидкости в трубах при подаче и обратном ходе. Для эффективной работы такой отопительной системы должны использоваться трубы большого диаметра (что не очень удобно) и при этом, никаких регулировок в процессе эксплуатации не предусматривается.
2. В виде альтернативного получения электроэнергии — установить генератор (дизельный или бензиновый). Но для него потребуется отдельное помещение, так как при работе такие устройства производят много шума и выделяют выхлопные газы, которые необходимо удалять. Кроме того, стоимость топлива значительно увеличивает расходы на обеспечение жилых помещений теплом.
3. Установить бесперебойник для насоса отопления, для обеспечения постоянного циркуляционного процесса, который работает от аккумулятора. При отключении централизованный источник питания, его автоматически заменит ИБП, который с помощью инвертора будет преобразовывать постоянный ток от батарей в переменный. Такое дополнительное оборудование не занимает много места и может быть расположено в любом удобном месте. Особого обслуживания ИБП, также не требует, главное — следить за тем, чтобы аккумуляторы всегда были заряжены.

Простейшая схема работы ИБП

ИБП, используется не только в газовых, но и твердотопливных котлах, что значительно повышает надежность их бесперебойной работы при отключении питания.

1.1 Виды ИБП

Бесперебойник для насоса отопления может иметь несколько вариантов исполнения:

• линейный ИБП — это самая простая модель, которая не имеет стабилизатора напряжения. При прекращении работы стационарной электросети, такой прибор самостоятельно переключается на питание от батарей;
• линейно-интерактивный ИБП — оснащен простейшим стабилизатором напряжения и при работе от аккумулятора выдает на выходе положенные 220В и 50Гц;
• ИБП двойного преобразования. Кроме системы стабилизации напряжения имеет возможность подключаться к генератору.

Линейно-интерактивные устройства имеют небольшое внутреннее напряжение, что позволяет им работать от 1 до 4-х батарей.

При этом происходит самостоятельный контроль величины заряда и при остаточной емкости батареи ниже 20% происходит ее отключение. Переход на автономный режим при отключении электричества и обратно происходит в автоматическом режиме.

Выбор ИБП и определение мощности

К выбору ИПД нужно подойти очень серьезно. Все характеристики источника питания должны совпадать с требованиями оборудования. В случае ошибки велика вероятность того, что электрические приборы контура обогрева могут просто сгореть или в лучшем случае неправильно работать.

Бесперебойники для циркуляционного насоса отопления и котла бывают двух классов, которые отличаются только наличием стабилизатора напряжения:

• линейные (on-line);
• линейно-интерактивные (off-line).

Линейные бесперебойники не оснащены стабилизатором напряжения и передают его транзитом от сети, генератора или аккумуляторов. Линейно-интерактивные бесперебойники также называются ИПБ двойного преобразования. Такой вариант лучше, потому что напряжение преобразуется в правильную синусоиду, чего нельзя сказать о линейных агрегатах. Стабильность напряжения без перепадов очень важна для оборудования системы обогрева. Off-line бесперебойники дороже.

Оба вида ИБП всегда включены в сеть и задействуются автоматически при отключении электричества. Помимо уже описанных ими функций они также заряжают подключенные к ним аккумуляторы, некоторые модели контролируют уровень разрядки батарей

Помимо того, что характеристики ИБП должны соответствовать требования оборудования, также важно определить мощность бесперебойника

Применение более мощных агрегатов допускается, но зачем переплачивать за ненужный ресурс?

Чтобы вычислить мощность ИБП нужно суммировать всю потребляемую и пиковую мощность приборов цепи. В документации к котлу и насосу есть их потребляемая мощность.

Потребляемая мощность насоса не отображает реальной потребности в электроэнергии этого элемента цепи, так как его пусковая мощность выше потребляемой. То есть мощность резервного питания для насоса отопления нужно рассчитывать с хорошим запасом. Выполнив суммирование, вы получите значение, к которому нужно добавить еще процентов двадцать, чтобы ИБП работал не на пределе своих возможностей.

Что можно сделать

Из старого бесперебойника может получиться множество устройств на скорую руку. Кроме всего прочего, среди них следует особо отметить полезные в быту:

• зарядное устройство;
• простой инвертор;
• ИБП для газового котла;
• источник 12 вольт (для магнитолы и других целей).

Зарядное устройство

Чтобы из старого бесперебойника сделать зарядное устройство, действовать нужно следующим образом:

1. во-первых, определяются первичный и вторичный контуры трансформатора;
2. на первичный подается 220 В путем врезки в цепь регулятора напряжения (подойдет реостат для лампочки);
3. мост примерно на 40-50 ампер подключается ко вторичной трансформаторной обмотке;
4. соединить клеммы и соответствующие полюса аккумулятора.

Калибровка напряжения будет осуществляться импровизированным регулятором в пределах 0-15 вольт.

Контролировать уровень заряда придется согласно индикатору или при помощи вольтметра.

Простой инвертор

Из трансформатора без аккумулятора получится рабочий инвертор для автомобиля. Процесс сборки будет происходить по следующей схеме:

1. разборка бесперебойника: удаление аккумулятора, откус клемм, зачистка концов;
2. поиск разъема для подключения к сети (при наличии разъема, его следует удалить, при отсутствии — от платы откусываются провода, концы зачищаются);
3. провода от аккумулятора при помощи паяльника необходимо соединить с проводами от расположенного на задней панели разъема, места пайки не изолируются;
4. к устройству припаивается гнездо прикуривателя с соблюдением полярности и изоляцией мест пайки;
5. исключается внутренний динамик устройства (отрывается плоскогубцами или снимается плата);
6. сборка корпуса путем добавления стандартных розеток (для некоторых ИБП они уже включены в изначальную конструкцию).

ИБП для газового котла

Компьютерный ИБП подойдет и для газового котла. Процесс преобразования стоит производить следующим образом:

1. удаление неисправного блока питания;
2. создание контактных зажимов с учетом соблюдения полярности (лучше сделать зажимы разного цвета для обозначения плюса и минуса) путем проделки 2-х отверстий, фиксации контактных зажимов и припайки к ним ранее подходящих к внутреннему блоку питания от компьютера проводов;
3. для недопущения преждевременной поломки устройства из-за перегрева потребуется монтаж вентиляторов с корпусом или без, подключаемых последовательно (для их запуска рекомендуется использовать светодиод, припаяв его выводы к обмотке маленького реле, причем к одному из контактов реле потребуется припаять провод от входящего “+” батареи аккумулятора, а ко второму — свободный провод красного цвета от вентилятора, другой свободный провод черного цвета припаивается к минусу батареи).

Источник 12 вольт

Вышедший из строя бесперебойник можно адаптировать и под источник 12 вольт. Делается это очень просто. Во-первых, к шнуру бесперебойника потребуется подсоединить розетку. Для этого от него первоначально отрезается один конец. После выполнения этой процедуры при помощи бесперебойника уже можно заряжать телефон. Путем дальнейших несложных преобразований, описанных выше, можно увеличить мощность самодельного устройства (см. часть про инвертор).

Таким образом, старый бесперебойник из компьютера подойдет для различных целей. Описанные устройства — лишь неполный список того, что можно сделать, обладая элементарными знаниями в физике.

Поэтому рекомендуем не спешить выкидывать старый компьютер — внутри может найтись много всего интересного!

Также обращаем особое внимание всех наших читателей на необходимость неукоснительного соблюдения техники безопасности и мер предосторожности

Выбор мощности

Перед покупкой следует произвести некоторые расчеты. Для согласованной работы всей системы необходим правильный подбор блока по мощности, соответствующей параметрам ваших устройств. Общий принцип расчета – суммарная мощность всех устройств компьютера не должна быть больше мощности ИБП. Возможности блока питания зависят от его выходной мощности, которая измеряется в вольт-амперах и вычисляется путем перемножения напряжения на силу тока.

При самостоятельном расчете требуемой мощности, не забывайте, что. мощность компьютера и подключенных устройств указывается в Ваттах, а мощность блока в ВА. Откорректируйте нужный показатель, с учетом того, что 1 Ватт равен примерно 1,45 Вольт-Ампер.

При окончательном подборе неплохо добавить резервные 10-20 % мощности UPS, чтобы гарантированно защитить свое оборудование. Безопасность использования обычного домашнего компьютера с монитором на 17 дюймов сумеет обеспечить блок с мощностью от 400 ВА.

Какие бывают

Все выпускаемые блоки условно можно разделить на три вида:

• Резервные. USPмалой мощности. Основная функция – переключение на питание от аккумулятора при боях в сети и обратное при нормализации напряжения;
• Интерактивные. Их наиболее часто используют для домашних и офисных компьютеров. В устройстве имеется стабилизатор, который на выходе дает синусоидальное напряжение;
• Блоки онлайн-питания. В ходе их работы происходит двойное преобразование напряжения. Входной переменный ток преобразуется в постоянный, а обратный преобразователь переводит его опять в переменный. Используется при работе крупных DNS-серверов и станций.

В блоках средней и высокой мощности присутствует специальное устройство связи входа и выхода напрямую, не используя резервное питание, которое называется байпас. При перегрузках питание от инвертора направляется на байпас, что позволяет экономить потребление тока.

Правильный подбор блока включает в себя подбор по мощности, виду и назначению использования.