Источник бесперебойного питания. Схема и описание устройства. Источники бесперебойного питания – разновидности и принципы

Маломощный импульсный блок питания можно использовать в самых разных радиолюбительских конструкциях. Схема такого ИБП отличается особой простотой, поэтому может быть повторена даже начинающими радиолюбителями.

Основные параметры БП:
Входное напряжение - 110-260В 50Гц
Мощность - 15 Ватт
Выходное напряжение - 12В
Выходной ток - не более 0,7А
Рабочая частота 15-20кГц

Исходные компоненты схемы можно достать из подручного хлама. В мультивибраторе использовались транзисторы серии MJE13003, но при желании можно заменить на 13007/13009 или аналогичные. Такие транзисторы легко найти в импульсных блоках питания (в моем случае были сняты из компьютерного БП).

Конденсатор по питанию подбирается с напряжением 400 Вольт (в крайнем случае, на 250, чего очень не советую)
Стабилитрон использован отечественный типа Д816Г или импортный с мощностью порядка 1 ватт.

Диодный мост - КЦ402Б, можно использовать любые диоды с током 1 Ампер. Диоды нужно подобрать с обратным напряжением не менее 400 вольт. Из импортного интерьера можно ставить 1N4007 (полный отечественный аналог КД258Д) и другие.

Импульсный трансформатор - ферритовое кольцо 2000НМ, размеры в моем случае К20х10х8, но были использованы и также большие кольца, при этом намоточные данные не менял, работало нормально. Первичная обмотка (сетевая) состоит из 220 витков с отводом от середины, провод 0,25-0,45мм (больше нет смысла).

Вторичная обмотка в моем случае содержит 35 витков, что обеспечивает на выходе порядка 12 Вольт. Провод для вторичной обмотки подбирается с диаметром 0,5-1мм. Максимальная мощность преобразователя в моем случае не более 10-15 ватт, но мощность можно изменить подбором емкости конденсатора С3 (при этом, намоточные данные импульсного трансформатора уже меняются). Выходной ток такого преобразователя порядка 0,7А.
Сглаживающую емкость (С1) подобрать с напряжением 63-100Вольт.

На выходе трансформатора стоит использовать только импульсные диоды, поскольку частота достаточно повышена, обычные выпрямительные могут и не справится. FR107/207 пожалуй, самые доступные из импульсных диодов, часто встречаются в сетевых ИБП.

БП не имеет никаких защит от короткого замыкания, поэтому не следует замыкать вторичную обмотку трансформатора.

Перегрев транзисторов не замечал, с выходной нагрузкой 3 Ватт (светодиодная сборка) они ледяные, но на всякий случай можно установить на небольшие теплоотводы.

Список радиоэлементов

Вся радиоэлектронная техника требует электропитания, и чаще всего мы используем сеть промышленного тока 220V, 50 Гц.
Но иногда могут возникнуть "форс-мажорные" ситуации когда электричество вдруг внезапно "вырубили". Если внезапное отключение электроэнергии для бытовой аппаратуры не сильно страшно, то для, к примеру, компьютеров это может привести к необратимым последствиям: недоустановленные программы, потеря информации и так далее.

Если в крупных городах с электропитанием все более-менее стабильно, но вот в сельской местности это довольно частое явление...
Чтобы избежать досадных недоразумений связанных с внезапным отключением электроэнергии многие производители рекомендуют пользоваться источниками бесперебойного питания (или как их просто называют бесперебойники ). Они, конечно-же выпускаются промышленностью, но такой источник можно собрать самостоятельно .

Кроме обеспечения защиты в случае отключения электроэнергии, источник бесперебойного питания может пригодится и в "полевых" условиях, когда возникнет необходимость получить 220 Вольт от аккумулятора 12 Вольт .

У нас на сайте уже была рассмотрена подобная схема, позволяющая получить 220 Вольт из 12-ти, вот она , здесь-же представлена очередная схема, взятая из журнала Радиолюбитель, №2, 1999 год.

Самодельный источник бесперебойного питания схема

Источник бесперебойного питания обеспечивает:

В прямом режиме преобразование постоянного напряжения 12 В в переменное 220 В/50 Гц при максимальном потребляемом токе не более 6 А. Выходная мощность -до 220 Вт (1 А):

Обратный режим (режим заряда аккумулятора). При этом ток заряда - до 6 А; .

Быстрое переключение из прямого в обратный режим.

Схема ИБП приведена на рисунке. На элементах VT3, VT4, R3...R6, С5, С6 выполнен тактовый генератор, вырабатывающий импульсы с частотой около 50 Гц. Он, в свою очередь, управляет работой транзисторов VT1, VT6, в коллекторные цепи которых включены обмотки IIa, IIб трансформатора Т1. Диоды VD2, VD3 - элементы защиты транзисторов VT1, VT6 в прямом режиме и выпрямители в обратном режиме. Элементы С1, С2, L1 образуют сетевой фильтр, VD1, СЗ, С4 - фильтр тактового генератора. Рассмотрим, как работает схема в обоих режимах.

Прямой режим (=12 В / -220 В). Напряжение +12 В попеременно прикладывается к обмоткам IIа или IIб, а трансформатор Т1 преобразует его в напряжение 220 В/50 Гц. Это напряжение присутствует на розетке XS1, и к ней подключаются всевозможные потребители (лампы накаливания, телевизор и др.)

Индикатором нормальной работы является свечение светодиодов VD4, VD5. Ток нагрузки может достигать 1 А (220 Вт).

Обратный режим (-220 В / =12 В). Для работы в обратном режиме необходимо сетевой шкур подключить к разъему ХР1 и подать на него -220 В. После этого переключается тумблер SB1. При этом сетевое напряжение попадает на первичную обмотку трансформатора Т1, а тактовый генератор отключается. Благодаря этому на вторичных обмотках Т1 получаются два переменных напряжения 10В, которые выпрямляются диодами VD2, VD3. Индикатором нормальной работы в обратном режиме является свечение светодиода VD5. Кипение в банках аккумулятора GB1 свидетельствует о процессе его зарядки.

Детали и конструкция, Т1 - любой трансформатор, обеспечивающий два напряжения 10В при Токе до 10 А. Лучше всего использовать сердечники типа ШЛ и ПЛ, которые легче разбираются. Катушка L1 выполнена на ферритовом кольце К28х16х9 М2000НМ и содержит две обмотки по 10 витков провода диаметром 0,5...0,71 мм.

Транзисторы VT1, VT6 и диоды VD2, VD3 крепятся через слюдяные прокладки, смазанные теплопроводящей пастой, на один общий радиатор площадью не менее 200 см2.

Делаем мощный источник бесперебойного питания на базе стандартного UPS, подключив к нему два КАМАЗовских аккумулятора. Так же делаем автоматическую вентиляцию при переходе на автономный режим.

Такова уж действительность, что Российские электросети заставляют самих потребителей заботиться о стабильности получаемого электричества. В нашем случае необходимо решить две важные проблемы: большое падение напряжения (характерное для жаркого/холодного времени года, когда включаются кондиционеры/электронагреватели) и полное отключение электричества («выбивание» автоматов, аварии на подстанции и т.д.).

Если первая проблема легко решается установкой автотрансформатора, позволяющего получать на выходе стабильное напряжение 220 вольт, то вторая требует организацию системы бесперебойного питания, рассчитанную на большой период автономной работы.

Организовать бесперебойное снабжение дачного дома или гаража можно при помощи модернизации компьютерных . После двух лет работы в любом ИБП деградируют внутренние аккумуляторные батареи. Иcточник бесперебойного питания с нерабочими батареями неоднократно наблюдались на радиорынке по символической цене в 1000 рублей.

Для большого времени автономной работы источник бесперебойного питания необходимо подключить к нему аккумуляторы большой емкости. Самым оптимальным вариантом будут стартерные аккумуляторы от автомобилей типа КАМАЗ - 140 АЧ. Так как в большинстве мощных источников бесперебойного питания применяются аккумуляторы общим напряжением 24 вольта, то нам понадобиться пара аккумуляторных батарей, соединенных последовательно. От состояния ваших батарей будет зависеть продолжительность автономного энергоснабжения.

В первую очередь достаем и выкидываем неисправную батарею. Для удобства подключения внешнего аккумулятора большой емкости нам необходимо сделать контактные зажимы (желательно красного и черного цветов, обозначающих плюс и минус соответственно). Для этого, на лицевой панелиисточника бесперебойного питания проделываем два отверстия, фиксируем контактные зажимы и припаиваем к ним провода, которые подходили к внутренней аккумуляторной батарее.

Продолжительный режим работы в состоянии преобразования энергии аккумулятора в напряжение 220 вольт сопровождается большим нагревом. Для предупреждения преждевременного выхода из строя решено установить на вентиляционную решетку два обычных вентилятора размером 80х80х25 мм.

Вентиляторы подключены последовательно. Для запуска вентиляторов в режиме преобразования используем светодиод, который обозначает работу источника бесперебойного питания от батареи. Припаиваем проводами выводы светодиода к обмоткам маленькой реле. К одному из контактов реле припаиваем провод от входящего плюса нашей аккумуляторной батареи. Ко второму - свободный красный провод вентилятора. Свободный черный провод вентилятора припаиваем к входящему минусу аккумуляторной батареи.

Все! Теперь, при переходе источника бесперебойного питания в режим работы от аккумуляторной батареи у нас автоматически будет включаться охлаждение.

Слово «инвертор» применительно к электротехнике означает устройство, преобразующее напряжение постоянного тока в переменный ток . При этом амплитуда напряжения может изменяться в большую или меньшую сторону.

Инверторы могут быть как отдельными устройствами (сварочный или преобразователь напряжения бортовой сети автомобиля в напряжение 220 В переменного тока), так и отдельным блоком или частью схемы (блок питания компьютера, телевизора). Мы же сейчас поговорим об устройствах, использующихся для электропитания в аварийных ситуациях, связанных с исчезновением напряжения сети.

Куда уходит напряжение и когда вернется?

Нет сетей со стопроцентной надежностью . Внезапно свет в квартире или доме гаснет. Связано это с повреждениями кабельных или воздушных линий, электрооборудования подстанций. Аварии в пределах города, если они не связаны со стихийными бедствиями, ликвидируются относительно быстро. Для этого работают диспетчерские службы и оперативные бригады. А исключить поврежденный участок и заменить его другим возможно из-за их взаимного резервирования.

В сельской местности и дачных хозяйствах все иначе. Линия питания одна, ехать бригаде далеко. После ураганов или гроз количество поваленных деревьев на провода линий увеличивает шансы остаться в темноте надолго. А при повреждении силового трансформатора ждать придется больше суток.

Время идет, продукты в холодильнике портятся. Не вскипятить чайник – он электрический. Приготовить ужин не на чем. Разрядилась батарея мобильного телефона – невозможно позвонить в МЧС. В темноте не найти лекарство для бабушки. Остывают нагревательные приборы, а вместе с ними – и сам дом.

Чтобы этого не происходило, нужен персональный, независимый от сети источник электроснабжения . Для этой цели и применяется инвертор.

Принцип работы источника бесперебойного питания

Простейший инвертор – источник бесперебойного питания (ИБП) компьютера . Внутри него находится аккумулятор, накапливающий энергию. Он работает в режиме постоянной подзарядки. Для этой цели в состав ИБП входит зарядное устройство, следящее за уровнем напряжения на батарее. В зависимости от него оно регулирует ток заряда или отключает батарею.

Как только напряжение питания исчезает, устройство управления отключает нагрузку от сети. Одновременно она подключается к аккумулятору через инвертор, являющийся частью ИБП.

Аккумуляторные батареи на 220 В существуют, но занимают помещение, размером с комнату. Поэтому во всех ИБП аккумуляторы изготавливаются на низкое напряжение. Инвертор, преобразуя его в синусоидальное, одновременно повышает эту величину до номинального напряжения сети.

Такой источник питания хорош тем, что постоянно готов к работе и переключается мгновенно . Но вот главные его недостатки, не позволяющие использовать ИБП для бесперебойного электроснабжения дома или его части:

Инвертор для бесперебойного энергоснабжения дома

Инвертор является логичным развитием источника бесперебойного питания компьютера, лишенным присущих ему недостатков.

Увеличение емкости аккумуляторной батареи напрямую связано с ее габаритными размерами. Размещать ее в корпусе инвертора становится нецелесообразным. Поэтому он выделяется в самостоятельное устройство, решающее три основных задачи:

• заряд батареи и контроль напряжения сети;
• переключение источников снабжения;
• преобразование напряжения батареи в величину 220 В переменного тока.

Основная характеристика инвертора – его мощность . Но при ее выборе учитывается один нюанс. Мы уже говорили, что ИБП не может работать с перегрузкой. То же самое касается и инвертора. Если в составе нагрузки планируются холодильник, электродвигатели насосов отопительных котлов, то учитываются их пусковые токи . В момент запуска электродвигатели потребляют ток, в 3-5 раз больший номинального. Если суммарный ток нагрузки при включении холодильника превысит номинальный ток инвертора, его отключит защита.

Еще одна характеристика инвертора, на которой стоит заострить внимание, это – качество преобразования постоянного тока в переменный. Напряжение в сети изменяется во времени по синусоидальному закону. Ни одно бытовое полупроводниковое устройство не сгенерирует синусоидальное напряжение так, чтобы оно в точности повторяло сетевое. Величина напряжения на выходе изменяется не плавно, а дискретно, ступеньками. Чем чаще происходит это изменение (выше частота дискретизации ), тем точнее сформированный сигнал повторяет синусоидальный.

Но увеличение частоты дискретизации ведет к удорожанию устройства. А ступенчатая форма напряжения неприемлема для работы электродвигателей и некоторых полупроводниковых устройств. Такие инверторы, вырабатывающие так называемую модифицированную синусоиду , используются только для питания активной нагрузки: нагревательные элементы, лампы накаливания. Для приборов, критичных к форме напряжения питания, придется приобрести более дорогой инвертор .

Выбор аккумуляторов для инвертора

Батареи к инвертору приобретаются отдельно . Но и тут есть особенность: аккумуляторы бывают кислотными или щелочными. Принципы заряда у них разные, поэтому каждый инвертор годится только для работы с определенным типом батарей . Иначе он будет неправильно определять степень заряженности аккумуляторов и заряжать их.

Использование автомобильных аккумуляторных батарей в составе инверторов не оправдано. Они, хоть и способны выдать в течение короткого времени мощный импульс тока (в автомобиле это нужно для работы стартера), не переносят глубоких разрядов. А разряды неизбежны при длительной работе инвертора. Поэтому ресурс таких батарей в системах энергоснабжения ограничен.

Для работы с инверторами оптимально применение гелевых или стекловолоконных аккумуляторов. Они изготовлены по специальной технологии и способны многократно переносить глубокие разряды без потерь. И опять же: зарядное устройство инвертора должно поддерживать режим заряда таких батарей.

Выбирая емкость аккумуляторов, исходят из желаемого времени автономной работы устройства (T). Его нетрудно подсчитать, зная емкость (C) , мощность планируемой нагрузки (P) и напряжение батареи (U):

Цифры в последней колонке не впечатляют. Да и стоимость инверторов и аккумуляторов к ним не такая уж и маленькая.

Так есть ли смысл в инверторе?

Достоинства и недостатки инверторов

Альтернативой инверторам являются дизельные или бензиновые генераторы. Поэтому и выявлять их достоинства будем, сравнивая с получением электричества с помощью двигателей внутреннего сгорания. Перечислим недостатки генераторов, от которых можно избавиться с помощью инверторов :

• необходимость постройки отдельного помещения с вентиляцией и подогревом в зимнее время;
• хранение запаса топлива (а для дизеля – замена летнего топлива на зимнее при наступлении холодов);
• шум при работе, доставляющий неудобство не только хозяевам, но и соседям;
• необходимость периодического обслуживания (проверки уровня масла, замены свечей, фильтров);
• ручной запуск, необходимость контроля параметров в процессе работы.

Инвертору же не требуется отдельного помещения, он не создает шума при работе (работа вентиляторов охлаждения – не в счет). Вмешательство пользователя в процесс работы не требуется. При разряде аккумулятора (падении величины напряжения на батарее до минимально возможного уровня) устройство само отключится и замрет в ожидании восстановления напряжения сети. Затем оно зарядит батарею, и будет ждать, когда сможет вновь оказаться полезным.

И автоматическое переключение с питания от сети на питание от батареи подкупает. Но время автономной работы инвертора мало . Даже, если уменьшить нагрузку до минимально возможной, рано или поздно батарея разрядится. «Конец света» отсрочен, но неизбежен.

Поэтому при решении вопроса: что использовать для аварийного питания жилища – генератор или инвертор рассматривают комплекс факторов.

Инвертор или генератор?

Для начала собирают статистические данные о том, как часто и на какой период пропадает напряжение в городе или поселке. Если эти события случаются очень редко, то нет смысла приобретать генератор, строить для него отдельное помещение, где он будет простаивать в ожидании своего часа.

Затем определяют суммарную мощность электроприборов , питание которых планируется от инвертора в аварийном режиме работы. В этот список нет смысла включать наружное и подвальное освещение, а при наличии в доме трех телевизоров достаточно одного. В целях экономии жертвуют теми электроприборами, без которых можно пережить сутки или двое. Остальные при исчезновении напряжения питания придется отключить от сети вручную, или предусмотреть для этой цели автоматику.

Но зато учитывают систему теплоснабжения (отопительный котел), если он есть. Причем, с учетом всех пусковых токов его электродвигателей, не исключено, что ему придется запускаться при питании дома от инвертора.

И не забывают главное – холодильник с его пусковым током, если он компрессорный. Также добавить в список микроволновую печь или электроплитку, электрочайник.

По суммарной мощности нагрузки выбирают модель инвертора , учитывая дополнительно, какого качества синусоидальное напряжение он будет вырабатывать.

Затем выбираются аккумуляторные батареи с учетом желаемого времени работы инвертора на рассчитанную ранее нагрузку. И здесь нужен разумный подход. Если финансов недостаточно, то придется заранее продумать, чем можно пожертвовать. Во главу угла ставятся те нагрузки, для которых требуется постоянная работа: холодильник, котел, приборы отопления. Компьютеры и телевизор на определенном этапе придется отключить, чтобы батарея инвертора продержалась подольше.

Осталось сложить цены, получив итоговую сумму. И проделать тот же самый расчет для генераторной установки . Здесь тоже можно сэкономить: при нечастых отключениях от сети совсем не обязательно строить под нее помещение. Можно хранить ее в сарае, а при необходимости – вынести на улицу и подключить к сети с помощью гибкого кабеля и разъемного соединения. Не забудьте добавить в список запасные части, необходимые для обслуживания установки в течение срока службы альтернативного ей инвертора. Только так можно рассчитать экономический эффект, а не первоначальные затраты на приобретение оборудования. Инвертор не потребует дополнительных капиталовложений на протяжении всего срока службы, а вот двигателю внутреннего сгорания уход необходим всегда.

Теперь сравниваем получившиеся суммы и принимаем решение. И помните: за комфорт всегда нужно переплачивать . Готовы вы к этому или нет – решать вам.