Система бесперебойного питания, определение, принцип действия, структурная схема.

Система бесперебойного электропитания – совокупность совместно действующих устройств, предназначенных для автоматического переключения электропитания с основного на резервный или автономный источник электропитания и обратно, при отклонениях параметров сетевого электропитания от предельно допустимых.

Структурная схема схемы питания устройства:

Структурная схема схемы переключателя источника питания:

Принцип действия:

Зарядное устройство приемно-контрольного прибора при использовании свинцово-кислотной аккумуляторной батареи, особенности зарядки, разрядки и контроля, принцип действия, функциональная схема.

Первоначально практическое применение свинцово-кислот­ных аккумуляторов было затруднено из-за отсутствия зарядных устройств — для заряда использовали первичные элементы кон­струкции Бунзена. То есть химический источник тока заряжался от другого химического источника — батареи гальванических элементов.

По режиму эксплуатации АБ делятся:

1. Батареи для работы в буф-м режиме, когда батарея ра­ботает в буфере с осн-м источником напряж-я, напр., сетевым БП. При этом основное ее назначение — резервный источник пит-я. Периоды разряда батареи по срав­н-ю с периодами заряда непродолжит-ы. Больш. часть времени она постоянно подзаряжается. В буф-м реж. ра­ботают батареи резервного пит-я базовых станций мобильной связи, АТС, сет-е коммутаторы провайдеров Интернет, источ­ники беспереб-го пит-я ПК и серверов(UPS) и т. д.

2. Батареи для работы в циклическом режиме, который ха­рактерен их разрядом в течение какого-то времени и последую­щим зарядом. Циклический режим работы аккумуляторных ба­тарей используется гораздо реже, чем буферный. Примером та­кого режима можно назвать работу электротранспорта и устройств с автномным питанием: в течение рабочего дня про­исходит разряд тяговых батарей или батарей питания, а после его окончания эти батареи ставят на заряд.

3. Батареи для работы в смешанном режиме, например авто­ мобильные батареи.

По конструкции свинцово-кислотные АБ можно разделить на батареи с жидким электролитом — об­служиваемые и необслуживаемые — и батареи с регулируемыми клапанами — с увлажненными сепараторами и с гелевым электролитом.

Преимущества свинцово-кислотных батарей:

• дешевизна и простота произв-ва -по стоим-ти 1 Вт • ч энергии они являются самыми дешевыми;отработанная, надежная и хорошо понятная технология ослуживания;малый саморазряд — самый низкий по сравнению с АБ других типов; низкие треб-я по обслуж-ю — отсутствует «эф­фект памяти», не треб-ся доливки электролита;допустимы высокие токи разряда.

Недостатки свинцово-кислотных батарей:

• не допускается хранение в разряженном состоянии;низкая энергетическая плотность — большой вес АБ ограничивает их примен-е в стацио­нарных и подвижных объектах;допустимо лишь ограниченное количество циклов полногоразряда;кислотный электролит и свинец оказывают вредное воз­д-е на окруж-ю среду;•при неправильном заряде возможен перегрев.

Свинцово-кислотные батареи имеют настолько низкуюэнергет. плотность по сравнению с другими типами ба­тарей, что это делает нецелесообразным использование их в ка­честве источников питания переносных устройств. Хотя приме­ры их применения в портативной электронной технике есть. Кроме того, при низких t их емкость существенно снижается.

Алгоритм заряда свинцово-кислотных батарей: критичным является ограничение напряжения, чем ограничение тока заря­да. Время заряда герметичных свинцово-кислотных батарей со­ставляет 12... 16 ч. Если увеличить ток и применить методы мно­гоступенчатого заряда, его можно сократить до 10 ч и менее. За­рядить герметичные свинцово-кислотные батареи так же быстро, как никель-кадмиевые, нельзя.

свинцово-кислотные батареи по назначению можно разделить на две большие группы:

1. используемые как основной источник питания, для которых характерны повторяющиеся циклы заряд/разряд, т. е. батареи циклического применения.

2. Использ-е в резервных ИП, например в ИБП, и работающие в буф. реж.

Соответственно этому делению различаются и возможные методы их заряда: для первой группы применяются методы заря­да при постоянном напряжении заряда и при постоянных значе­ниях напряжения и тока заряда, а для второй — метод двухсту­пенчатого заряда при постоянном напряжении заряда и метод компенсирующего заряда (струйной подзарядки).

Зарядное устройство приемно-контрольного прибора при использовании никель-кадмиевой аккумуляторной батареи, особенности зарядки, разрядки и контроля, принцип действия, функциональная схема.

Среди перезаряжаемых батарей никель-кадмиевые до сих пор остаются наиболее востребованным типом батарей, применяе­мых в качестве источника питания радиостанций, аппаратуры скорой медицинской помощи, профессиональных видеокамер и электроинструментов. Они «любят» быстрый заряд, медленный разряд до состояния полного разряда и подзарядку импульсами тока, в то время как батареи других типов предпочитают частич­ный разряд и умеренные токи нагрузки.

Для никель-кадмиевых батарей крайне необходим полный периодический разряд: если его не делать, на пластинах элемен­тов формир-ся крупные кристаллы, существенно снижающие их емкость. эти батареи составляют примерно 50 % всех АБ, выпускаемых для портативного оборуд-я. но они начинают уступать перв-во батареям новых типов, имеющих более высокие энергетические плот-ти и в кот. Использ-ся менее токсичные металлы и соед-я.

При заряде (левая часть формулы) и разряде (правая часть) никель-кадмиевой батареи протекают химические реакции:Cd + 2NiOOH + 2Н₂О <--> Cd(OH)₂ + 2Ni(OH)₂.

Преимущества::возможность быстрого и простого заряда, даже после дли­ тельного хранения;больш. число циклов заряд/разряд: при прав-й экс­плуат-и — более 1000 циклов;хорошая нагрузочная способ-ть и возмож-ть работы при низких температурах;длительные сроки хранения при любой степени заряда;простота хранения и транспортировки;приспособленность для работы в жестких условиях эксплуатации;низкая цена;широкий выбор батарей различного конструктивного ис­полнения и емкости

Недостатки: относ. низкая энергет-ая плотность;присущий эф-т памяти и необход-ть провед-я период-х работ по его устран-ю;токсичность применяемых матер-в, что отриц-но сказ-ся на экологии, и некоторые страны ограничива­ ют использование батарей этого типа; выс. саморазряд — после хр-я обя­зателен цикл заряда. АБ в качестве источников питания мо­гут использ-ся циклически или в режиме ожидания. Цикли­ческое использование является осн-м вариантом их приме­нения, и оно хар-ся периодическим зарядом\ разря­дом батарей, когда они являются основным ИП. Использ-е их в реж.ожидания хар-но для применения в источниках и системах беспереб-го пит., системах аварийного освещения и т. д., отличающихся тем, что основным ИП нагрузки является сеть перем-го тока, а АБ начинает работать при сбо­ях в ее работе.

варианты применяемых методов заряда:

• методы заряда по его скорости (т. е. по времени заряда ба­тареи до ее приведения в рабочее состояние);

• методы заряда по способу отключения аккумуляторной батареи по его окончании, при котором обеспечивается кон­троль одного или нескольких ее параметров, и при харак­терном изменении одного из них происходит прекращение
цикла заряда.

Первая группа более точно определяет методы заряда, а вто­рая их уточняет.

Для заряда никель-кадмиевых АБ мож­но использовать один из 3 методов заряда (по скорости заря­да):

• нормальный или медленный заряд (Slow Charge);быстрый заряд (Quick Charge); скоростной заряд (Fast Charge).

Зарядное устройство приемно-контрольного прибора при использовании литий-ионной аккумуляторной батареи, особенности зарядки, разрядки и контроля, принцип действия, функциональная схема.

Энергетическая плотность литий-ионных батарей в два раза: превышает энергетическую плотность стандартных никель-кад­миевых батарей. Совершенствование, достигаемое подбором активных материалов электродов, в перспективе позволит увели­чить это соотношение до трех раз.

Кроме высокой емкости, литий-ионные батареи обладают хорошими нагрузочными характеристиками, похожими на на­грузочные характеристики никель-кадмиевых батарей. Они не­требовательны к обслуживанию настолько, что такая простота в обслуживании недостижима для батарей других типов. У них от­сутствует «эффект памяти», для них не требуется проведения контрольно-тренировочных циклов, продлевающих срок служ­бы. Саморазряд литий-ионных батарей, который вдвое меньше, чем у никель-кадмиевых и никель-металлгидридных батарей, делает их незаменимыми при использовании во многих приложениях.

Высокое напряжение на элементе батареи позволяет произ­водителям выпускать аккумуляторные источники питания, со­стоящие всего лишь из одного элемента. Такие источники испо­льзуются во многих моделях современных мобильных телефо­нов, а простота конструкции упрощает производство батарей. При производстве мощных батарей, состоящих из нескольких элементов, большое преимущество дает очень низкое внутреннее сопротивление литий-ионных элементов.

, их производство удешевляет применение упрощенной схемы защиты, более шикая стоимость сырья, чем для производства батареи с литие-кобаль товыми пластинами.

При заряде литий-ионных батарей протекают реакции:

• на положительных пластинах:

LiCoO₂ -> Li_1-x CoO₂ + xLi⁺ + хе^-;

• на отрицательных пластинах:

С + xLi⁺ + хе' -> CLi_x. При разряде протекают обратные реакции.

Что касается экологической безопасности, литий-ионные ба тареи значительно безопаснее аккумуляторных батареи на осно­ве свинца или кадмия. А среди литий-ионных батареи наиболее безопасны батареи, в которых используется марганец.

Несмотря на все преимущества, такие батареи обладают и недостатками. Они хрупкие и требуют применения специальныx схем защиты для обеспечения безопасной работы. Схема защи ты, встроенная в корпус батареи, ограничивает пиковое напря­жение на каждом элементе в процессе заряда и предупреждает падение напряжения ниже допустимого значения при разряде

Хранение батарей в прохладном месте замедляет процессы старения литий-ионных батарей так же, как и батарей других ти­пов. Производители рекомендуют хранить батареи при темпера­туре 15 °С. При этом батареи должны быть подзаряжены.

Преимущества литий-ионных аккумуляторных батарей:

• высокая энергетическая плотность;низкий саморазряд;отсутствует «эффект памяти»;простота обслуживания.

Недостатки литий-ионных аккумуляторных батарей:

• необходимость схемы защиты по току и напряжению;относительно быстрое старение. Хранение батареи в про­хладном месте снижает процесс старения примерно на40%;умеренный ток разряда;проблемы при перевозке больших партий батарей — необ­ходимо согласование;более высокая цена;конструкция не доведена до совершенства.

При работе с литий-ионными батареями следует соблюдать меры предосторожности: нельзя замыкать их выводы накоротко, допускать перезаряд, разбирать, прикладывать напряжение об­ратной полярности, нагревать.Следует использовать только литий-ионные батареи, имею­щие схему защиты. Электролит таких батарей легко воспламе­няем.Зарядные устройства литий-ионных батарей по принципу работы — это устройства с ограничением напряжения заряда. более высоке напряжении элемента ли­тий-ионной батареи, меньших допустимых отклонениях напря­жения заряда и отсутствии необходимости компенсационного заряда (струйной подзарядки) по достижении батареей состоя­ния полного заряда.

к величине напряжения отсечки при заряде ли­тий-ионных батарей предъявляются жесткие требования: оно должно быть строго определенного значения.

В начальный период, когда только появились литий-ионные батареи, использующие графитовую систему, требовалось огра­ничение напряжения заряда из расчета 4,1 В на элемент. Хотя использование более высокого напряжения позволяет увеличить энергетическую плотность, окислительные процессы, происхо­дившие в элементах такого типа при напряжениях, превышаю­щих порог 4,1 В, приводили к сокращению их срока службы. Со временем этот недостаток устранили за счет применения хими­ческих добавок, и в настоящее время литий-ионные элементы можно заряжать до напряжения 4,20 В. Допустимое отклонение напряжения составляет всего лишь около + 0,05 В на элемент. Литий-ионные батареи промышленного и военного назначе­ния должны иметь больший срок службы, чем батареи для ком­мерческого применения. Поэтому для них пороговое напряже­ние конца заряда составляет 3,90 В на элемент. Хотя энергетиче­ская плотность (соотношение кВтч/кг) у таких батарей ниже, увеличенный срок службы при небольших размерах, весе и более высокая по сравнению с батареями других типов энергетическая плотность ставят литий-ионные батареи вне конкуренции.

При заряде литий-ионных батарей током 1С время заряда доставляет 2—3 ч. В процессе заряда они не нагреваются. Бата­рея достигает состояния полного заряда, когда напряжение на ней становится равным напряжению отсечки, а ток при этом значительно снижается и составляет примерно 3 % от начально­го тока заряда.

Если на рис. представлен типовой график заряда одного из типов литий-ионных аккумуляторов.

В некоторых типах зарядных устройств для заряда ли­тий-ионной батареи требуется время 1 ч и менее. В таких устройствах этап 2 исключен, и батарея переходит в состояние «готово» сразу после завершения этапа 1. В этой точке она будет заряжена примерно на 70 %, и после этого возможна ее подза­рядка.

Категорически запрещается разбирать литий-ионные аккумуляторы. В случае протечки электролита и его попа­дания на открытые участки кожи или в глаза следует не­медленно промыть их чистой водой и делать это в течение 15 мин. После чего следует обратиться к врачу.