При использовании источника бесперебойного питания (ИБП), многие сталкиваются с существенным недостатком - быстро приходят в негодность аккумуляторы. Я меняю 1 раз в 3 года. Время работы от нового аккумулятора, тоже очень недолгое: с новым аккумулятором может 20 минут продержаться, а обычно времени хватает только на штатное выключение компьютера или сервера.
Думая об уменьшении затрат, решил сделать систему, в которой нет неуправляемого нами зарядного блока и нет инвертора с трансформатором. Пришел к такому решению - последовательное соединение 5 аккумуляторов по 20 В, которое дает в итоге 100 В постоянного тока.
Такая схема может работать только при использовании блоков питания компьютера с широким диапазоном питающего напряжения, у меня от 115 до 230 В.
Блоки питания, где указано от 170 В, не работают при напряжении 100 В (пробовал подключать). Если подключить еще 3,4 аккумулятора последовательно, чтобы получилось 160,180 В, наверняка схема будет работать со всеми блоками питания (не пробовал). Просто в итоге нужно будет 8, 9 аккумуляторов и это довольно накладно. Еще есть такой момент, что 100 В постоянного тока — сверхнизкое безопасное напряжение, то есть при питании от аккумуляторов, человека не бьет током. С мониторами обычно проблем не возникает, я стараюсь использовать с внешними блоками питания, а они обычно даже от 48 В работают.
Теперь конкретно об используемых компонентах для сборки ИБП. Я использую переносной инструмент с форм-фактором аккумуляторов МАКИТА 20 В (18 В). В Али очень большое разнообразие инструментов и аккумуляторов данного форм-фактора по приемлимой цене. Для установки и последовательного подключения аккумуляторов использую адаптеры. Они подходят для всех типов аккумуляторов МАКИТА. Я покупаю без запаянных проводов, но лучше купить с запаянными проводами на адаптеры.
Из фанеры 10 мм вырезал и изготовил корпус для крепления аккумуляторов и элементов управления. Разметил места крепления адаптеров. Соединяю их зеркально с двух сторон винтами М3х20 с другой стороны вставляю гайки в отверстия в адаптерах. Нижние отверстия не использовал, так как на двух винтах достаточно крепко держатся и нижние винты мешают выводить провода.
Для вывода проводов сделал отверстия, выходящие за рамки адаптера. Провода соединил последовательно, вывел 2 провода к блоку управления.
В блоке управления главный элемент — устройство, переключающее питание от сети, на питание от аккумуляторов. Самый простой вариант, достаточный для работы ИБП, контактор с перекидывающимися контактами NO и NC.
С таким контактором можно собрать схему с простым переключением с переменного напряжения 220 В от сети на постоянное 100 В от аккумуляторов.
В схеме используется автоматический выключатель QF на 6А, контактор КМ и выключатель с двумя раздельными контактами SA. Включение и выключение происходит переключателем SA.
Когда есть напряжение от сети (при включенном автомате QF), при включении SA через один из контактов подается напряжение на катушку контактора КМ, замыкается нормально разомкнутый контакт (NO) контактора и питание нагрузки (в нашем случае нашего компьютера) осуществляется от сети220В через второй контакт выключателя SA.
При пропадании напряжения в сети 220В, катушка контактора КМ теряет питание, размыкается NOконтакт и замыкается NC контакт контактора КМ. Нагрузка начинает питаться от аккумуляторов. При переключении возникают незначительная пауза питания нагрузки, но блок питания компьютера имеет запас накопленной энергии (инерционность), которого достаточно, чтобы не замечать пропавшего напряжения и продолжать подавать стабильное напряжение на компьютер.
Компьютер можно включить и без напряжения в сети. При включении SA подается питание 100 В от аккумуляторов, компьютер включается и работает. Продолжительность работы зависит от ёмкости и уровня заряда аккумуляторов. От пяти однорядных аккумуляторов (они показаны на фото) емкостью около 1.5 Ач мой компьютер работает около 1 часа.
У простой схемы есть два недостатка:
1. Индикация работы от аккумуляторов или от сети, реализуема только с использаванием лампочки. Только по уровню свечения лампочки, или анализу положения коммутационных аппаратов можно судить от чего получает питание наш компьютер.
2. Наличие одной общей точки сети 220 В и минусового вывода аккумуляторов, которая оставляет возможной замыкание цепи от сети на аккумуляторы.
Для устранения этих недостатков я использую контактор с 4 разделенными контактами, 2 из них NO, 2 NC.
В схеме используется автоматический выключатель QF на 6А, контактор КМ с 4 контактами, выключатель с двумя раздельными контактами SA добавлен вольтметр постоянного тока для прослеживания уровня заряда V. Включение и выключение происходит переключателем SA.
Когда есть напряжение от сети (при включенном автомате QF), при включении SA через один из контактов подается напряжение на катушку контактора КМ, замыкается первый нормально разомкнутый контакт (NO) контактора и питание нагрузки (в нашем случае нашего компьютера) осуществляется от сети220В через второй контакт выключателя SA. Второй контакт NO подключает второй провод сети 220В, для исключения случайного замыкания цепи на аккумуляторы.
При пропадании напряжения в сети 220В, катушка контактора КМ теряет питание, размыкаются NOконтакты и замыкаются NC контакты контактора КМ. Нагрузка начинает питаться от аккумуляторов. Через первый NC контакт запитывается нагрузка. Через второй NC контакт запитывается вольтметр, по работе которго мы можем заметить, что ИБП работает от аккумуляторов и прослеживать уровень заряда. При переключении возникают незначительная пауза питания нагрузки, но блок питания компьютера имеет запас накопленной энергии (инерционность), которого достаточно, чтобы не замечать пропавшего напряжения и продолжать подавать стабильное напряжение на компьютер.
Повторюсь, компьютер можно включить и без напряжения в сети. При включении SA подается питание 100 В от аккумуляторов, компьютер включается и работает. Продолжительность работы зависит от ёмкости и уровня заряда аккумуляторов. От пяти однорядных аккумуляторов (они показаны на фото) емкостью около 1.5 Ач мой компьютер работает около 1 часа.
Во второй схеме еще добавил автоматический выключатель на питание от аккумуляторов, так более безопасно, BMS аккумуляторов, бывает недостаточно быстро реагирует на непредвиденные ситуации.
ИБП не заряжает аккумуляторы он просто переключает питание нагрузки от сети и от аккумуляторов. Аккумуляторы заряжаются в снятом виде поочередно. Во время работы от сети можно снимать и ставить аккумуляторы. В этой ситуации, если не будет одного вставленного аккумулятора, при пропадании напряжения в сети, компьютер отключится. При использовании такого ИБП для ответственных схем, можно сделать по 2 параллельных аккумулятора. После длительной работы от аккумуляторов есть смысл провести зарядку аккумуляторов.
Итоги:
1. Собран ИБП, который позволяет использовать аккумуляторы на других устройствах, когда мы не используем компьютер.
2. Аккумуляторы не подвержены старению из-за перезарядки от внутренней схемы ИБП.
3. От ИБП можно работать долгое время, при отсутствии напряжения в сети. Емкость аккумуляторов легко масштабируется.
4. Можно использовать как переносной источник питания, многие устройства и светильники работают от 100 В постоянного тока.
Видео работы ИБП https://dzen.ru/video/watch/67f421573aec32280a2b0b94