По активной мощности нагрузки и требуемой автономии подбирает полную мощность ИБП в ВА, ёмкость аккумуляторной батареи в А·ч, тип ИБП (резервный / линейно-интерактивный / двойное преобразование) и форму выходного напряжения. Пресеты под газовый котёл, скважинный насос, NAS, аварийное освещение. Учитывает КПД инвертора, глубину разряда АКБ и кратность пускового тока.
Стандартные ёмкости АКБ и подбор
Расчёт даёт «теоретическую» ёмкость, которую нужно округлить до серийного номинала. Стандартный ряд свинцово-кислотных АКБ 12 В: 7, 9, 12, 17, 26, 33, 40, 55, 65, 75, 100, 120, 150, 200, 230 А·ч. Если требуемая ёмкость превышает 200 А·ч на банке 12 В, выгоднее переходить на 24 В или 48 В — это снижает ток через инвертор и сечение кабелей АКБ.
| Расчёт | Стандарт | Решение |
|---|---|---|
| ≤ 7 А·ч | 7 | 1 шт. |
| 8–9 | 9 | 1 шт. |
| 10–17 | 17 | 1 шт. |
| 18–33 | 33 | 1 шт. |
| 34–55 | 55 | 1 шт. |
| 56–100 | 100 | 1 шт. |
| 101–200 | 200 | 1 шт. или 2×100 параллельно |
| > 200 | — | 2×200 параллельно или повышаем U банка |
Off-line / line-interactive / двойное преобразование — выбор
Off-line (резервный, VFD по ГОСТ Р МЭК 62040-3-2014). При наличии сети питает нагрузку напрямую, при сбое переключается на инвертор за 4–10 мс. Выход — модифицированный (псевдо-) синус. Для котла, насоса с электронным управлением, частотника не подходит: плата управления может выдать ошибку или прервать розжиг при переключении.
Line-interactive (VI). Имеет автотрансформатор для стабилизации входного напряжения без перехода на батарею. Время переключения 2–4 мс. Бывает с псевдо-синусом и с чистым синусом — для котла берётся только sine wave-исполнение.
Двойное преобразование (on-line, VFI). Постоянно питает нагрузку от инвертора, нет переключения вообще (0 мс). Выход — чистый синус. Это единственный тип, рекомендуемый производителями котлов без оговорок. Дороже в 2–4 раза.
Почему котлу нужен чистый синус и нулевое переключение
Современные газовые котлы построены на электронике: плата управления, ионизационный контроль пламени, частотно-регулируемый насос. При работе от псевдо-синуса (ступенчатой аппроксимации) трансформаторы и блоки питания платы перегреваются, ионизационный электрод даёт ложные срабатывания, частотник насоса воспринимает ступени как помеху и уходит в защиту. При коротком пропадании питания (4–10 мс на off-line) плата перезагружается, котёл повторно проходит цикл розжига и продувки — каждый перезапуск это расход ресурса вентилятора и розжигового модуля. Поэтому в паспортах большинства котлов указано: «питание от ИБП с двойным преобразованием, чистый синус, искажения не более 5 %».
Защита АКБ от глубокого разряда и срок службы
Свинцово-кислотные АКБ (AGM, гель) теряют ёмкость экспоненциально при превышении расчётной DoD. При регулярном разряде до 50 % АКБ выдерживает 400–600 циклов; до 80 % — 200–300 циклов; до 100 % — около 50 циклов. Поэтому в формулу заложено DoD 0,5: при автономии 4 ч на полной нагрузке АКБ разрядится наполовину, и при ежедневных отключениях прослужит 1–2 года. LiFePO4 допускает DoD 80 % без существенной потери ресурса — типовой срок 3000–5000 циклов. Контроллер заряда ИБП ограничивает напряжение разряда по нижнему порогу (для свинца — 10,5 В на 12-вольтовой АКБ), но многократные разряды до этого порога убивают батарею быстрее, чем срок хранения.
Стартерная АКБ от автомобиля — почему не подходит
Автомобильные стартерные АКБ рассчитаны на короткий разряд большим током (запуск двигателя) и постоянный подзаряд от генератора. Глубокий разряд для них — нештатный режим: DoD 30 % уже сокращает ресурс вдвое, повторные разряды до 50 % приводят к сульфатации пластин и потере ёмкости за 10–20 циклов. Для ИБП покупают АКБ глубокого разряда (тяговые) — AGM, GEL, LiFePO4. Маркировка: «Deep Cycle», «AGM Cyclic», «LFP». Стартерная АКБ в калькуляторе выбирается только если она уже есть и используется как временное решение — DoD выставляется 30 %, и ёмкость требуется в 1,5–2 раза выше расчётной.
Калькулятор отвечает на два связанных вопроса: какой источник бесперебойного питания поставить на нагрузку P ватт и какой ёмкости аккумулятор нужен под автономию T часов. Полная мощность ИБП считается из активной через выходной коэффициент мощности (S = P / cos φ), ёмкость АКБ — по балансу энергии с учётом КПД инвертора и допустимой глубины разряда: C = (P·T) / (U·η·DoD).
Пример: газовый котёл с насосом, автономия 4 часа
- Активная мощность: плата котла 200 Вт + циркуляционный насос 80 Вт = 280 Вт.
- Полная мощность ИБП (линейно-интерактивный, cos φ выхода 0,8): S = 280 / 0,8 = 350 ВА. Берётся серийный номинал от 500 ВА с чистым синусом.
- Ёмкость АКБ при банке 12 В, AGM с DoD 50 %, КПД инвертора 0,85: C = (280·4)/(12·0,85·0,5) = 219,6 А·ч. Округляем до серийного номинала: одна АКБ 230 А·ч либо 2×100 А·ч параллельно.
- Форма выходного напряжения: чистый синус (sine wave) обязателен. Плата котла и насос с электронным управлением на модифицированном синусе работают нестабильно — производители котлов в паспорте требуют искажения формы не более 5 %.
На скважинный насос 0,75 кВт расчёт другой: пусковой ток ×3, и линейно-интерактивный ИБП на пуске «проседает» по напряжению. Здесь нужен ИБП с двойным преобразованием на 2,5–3 кВА и АКБ от 400 А·ч на банке 24 В — на 12 В сечение кабелей от батареи к инвертору получается неприемлемо большим.
Типы ИБП и когда какой применять
- Резервный (off-line, VFD по ГОСТ Р МЭК 62040-3-2014)
- При наличии сети питает нагрузку напрямую, при пропадании переключается на инвертор за 4–10 мс. Выход — модифицированный (ступенчатый) синус. Подходит для компьютера, светильника, зарядки телефона; не подходит для котла, насоса с электронным управлением, частотника.
- Линейно-интерактивный (VI)
- Имеет автотрансформатор для стабилизации входного напряжения без перехода на батарею. Переключение 2–4 мс. Существуют исполнения с чистым синусом — только их берут для котла. Бюджетный компромисс по соотношению цена / надёжность.
- Двойное преобразование (on-line, VFI)
- Постоянно питает нагрузку от инвертора — переключения нет вообще (0 мс). Выход — чистый синус, отдельный стабилизатор не нужен. Единственный тип, который в паспортах котлов указан без оговорок. Дороже в 2–4 раза, КПД на 5–10 % ниже из-за постоянной работы преобразователя.
Электроника с импульсными блоками питания (платы котла, частотники, серверы) при переключении даже на 4 мс перезагружается. После переключения котёл повторно проходит цикл продувки и розжига — потеря времени и расход ресурса розжигового модуля. Поэтому в техническом задании на ИБП для котла «нулевое время переключения» формулируется явно.
Защита аккумуляторов и глубина разряда (DoD)
Свинцово-кислотные АКБ (AGM, гель) теряют ёмкость экспоненциально с ростом DoD. При регулярных разрядах до 30 % они проходят 1200–1500 циклов, до 50 % — 400–600, до 80 % — 200–300, до 100 % — около 50. Поэтому в формуле стоит коэффициент DoD: чтобы при ежедневных отключениях АКБ дожила до 3–5 лет, реально используется только половина паспортной ёмкости. LiFePO4 допускает DoD 80 % без существенной деградации и держит 3000–5000 циклов — стоимость в 2,5–3 раза выше, на полный срок службы выходит дешевле.
Стартерная автомобильная АКБ для ИБП не подходит: она рассчитана на короткий разряд большим током и постоянный подзаряд от генератора. DoD 50 % для неё — нештатный режим, после 10–20 разрядов начинается сульфатация и ёмкость падает безвозвратно. Если другого выхода нет — DoD 30 %, ёмкость требуется в 1,5–2 раза больше расчётной.
Когда переходить с банка 12 В на 24 В или 48 В
Чем выше напряжение банка, тем меньше ток через инвертор при той же мощности и тем тоньше кабели от АКБ. При банке 12 В и инверторе 3 кВт ток в цепи АКБ достигает 250–300 А — сечение жилы 50–70 мм² и серьёзные потери. На 48 В тот же инвертор работает с током 60–75 А, сечение падает до 16 мм². Сечение кабеля от АКБ к инвертору и от ИБП к щитку сверяется в калькуляторе сечения кабеля; перевод полной мощности в ампер по сети 230 В — через конвертер кВт↔А, защитный автомат на отходящей линии от ИБП — через калькулятор автомата по мощности.
Частые ошибки при подборе ИБП для котла
- Резервный (off-line) вместо двойного преобразования. Дешевле в 2–3 раза, но котёл периодически «зависает» с ошибкой «нет пламени» или повторно проходит розжиг при каждом переключении.
- Считают ёмкость АКБ без DoD. Берут «220 А·ч под 4 часа», ставят 220 А·ч и через год получают автономию 1,5 часа. Без DoD батарея работает в глубоком разряде и теряет ёмкость на каждом цикле.
- Без запаса под пусковые токи. Скважинный насос даёт пусковой ток ×5; ИБП «1 кВА» уходит в перегрузку. Под моторы берут ИБП с двойным запасом или специальные исполнения.
- Игнорируют требование чистого синуса. Модифицированный синус — серия прямоугольных импульсов. Для лампочки и компьютера работает, для электроники котла, насоса с частотным управлением, инверторного холодильника — нет.