Устройство и принцип работы аккумулятора: Устройство и принцип работы автомобильного аккумулятора

Содержание

Устройство и принцип работы аккумулятора | Хорошие аккумуляторы

Общие сведения
Общеизвестно, что аккумулятор играет одну из главных ролей в функционировании многих устройств, агрегатов, механизмов и электронных девайсов. В транспортных средствах подобное устройство называют автомобильной стартерной аккумуляторной батареей (АКБ). Принципиальная схема ее работы и устройства рассматривается еще в рамках курса физики в средней школе, однако к началу взрослой жизни многие из нас уже успевают изрядно подзабыть полученные знания.

Итак, что же такое аккумулятор, и каким образом он выполняет возложенные на него функции? В основу работы аккумулятора положен принцип возникновения разности потенциалов (напряжения) между двумя пластинами, погруженными в раствор электролита. Впервые элемент, работающий по такому принципу, был создан в 1836-1838 гг. Одна пластина в нем была медной, вторая – цинковой, которая очень быстро растворялась. За минувшие десятилетия элемент Даниэля-Якоби был существенно модернизирован, устройства, вырабатывающие электричество, стали гораздо компактнее и производительнее, к тому же «научились» многократно восстанавливать свой ресурс. Тем не менее, общий принцип действия аккумулятора остается неизменным и поныне.

Устройство аккумуляторной батареи
Впрочем, если быть до конца точным, честь создания свинцово-кислотной батареи принадлежит французскому физику Гастону Планту, и случилось это в 1859 г. Площадь первой аккумуляторной батареи была 10 кв. м! Современный аккумулятор – в сотни раз уменьшенная копия батареи Планта. Единственным видимым элементом автомобильной батареи является корпус, который обеспечивает целостность и общность конструкции.

В принципе, название аккумулятор абсолютно верно применительно лишь к одной, отдельно взятой ячейке, а объединенные воедино они должны именоваться аккумуляторной батареей. Так, стандартная 12 В аккумуляторная батарея для легкового автомобиля объединяет в себе шесть отдельных аккумуляторов («банок»), каждая из которых вырабатывает напряжение 2 В.

К корпусу батареи предъявляют весьма высокие и жесткие требования. Он должен быть невосприимчивым к воздействию агрессивным химических реагентов, переносить значительные температурные колебания и обладать высокой вибростойкостью. В подавляющем большинстве случаев корпус изготавливают из современного синтетического материала – полипропилена.

Корпус состоит из двух частей: из основной глубокой емкости, и закрывающей ее крышки. В зависимости от типа АКБ крышка может быть оснащена горловинами с пробками, либо лишь дренажной системой (которая помогает стабилизировать давление внутри батареи, и отводит образующийся газ).

В каждую из отдельных ячеек установлен собранный воедино пакет, состоящий из множества отдельных пластин, полярность в которых чередуется. Изготовленные из свинца пластины имеют решетчатую структуру из прямоугольных сот. Такая конструкция позволяет нанести на них основной рабочий реагент – активную массу. Поскольку наносят ее посредством намазывания, то аккумулятор так и называется – с пластинами намазного типа.

Существует еще два типа аккумуляторов – в одних установлены пластины увеличенной площади, а во вторых – из панцирной сетки. Однако при изготовлении автомобильных аккумуляторов применяют лишь намазные пластины.

Поскольку каждая из чередующихся пластин является электродом с противоположной полярностью, необходимо предотвратить вероятность их замыкания. С этой целью между каждой парой пластин вставлен сепаратор, изготовленный из пористого пластика, не препятствующего циркуляции электролита внутри ячейки. Ввиду того, что каждая пластина, несущая положительный заряд, помещена между двумя «минусовыми» (это предотвращает коробление), отрицательных пластин в ячейке всегда на одну больше.

Весь собранный пакет зафиксирован от возможных смещений и деформаций специальным бандажом. Плюсовые и минусовые токовыводы пластин объединены попарно и при помощи токосборников концентрируют свою энергию на выводных борнах аккумулятора. К ним подключают токоприемные клеммы автомобиля.

Принцип работы
Активные элементы – губчатый свинец на электроде «-», двуокись свинца на положительной пластине и раствор серной кислоты в воде (электролит, с плотностью 1,28 г/см3) – вступают в реакцию при инициировании нагрузки на клеммы аккумулятора. Начинается процесс вырабатывания электротока, который, в свою очередь, сопровождается образованием сульфата свинца на отрицательной пластине. Помимо этого из электролита выделяется вода, в результате чего снижается его плотность.

Если же на клеммы батареи начинает поступать электрический ток из внешнего источника (генератора, зарядного устройства), происходит обратный электрохимический процесс. На отрицательных электродах восстанавливается чистый свинец, а на положительных происходит регенерация диоксида свинца. Так же начинается повышение плотности электролита – весь этот процесс именуется методом двойной сульфатации. Таким образом аккумулятор практически полностью восстанавливает свои стартовые свойства. Чем более качественные материалы использованы при изготовлении аккумуляторной батареи, тем большее количество циклов разрядки-зарядки он способен выдержать, и тем дольше срок его службы.

Устройство аккумулятора, размер и вес и емкость АКБ автомобиля, количество клемм какое может быть

Время на чтение: 2 мин

Аккумулятор – один из важнейших узлов современного автомобиля. Появившись в середине 19-ого века, он с тех пор претерпел множество модификаций, но основной принцип устройства и работы остался практически таким же, как и 150 лет назад.

Благодаря АКБ, транспортное средство заводится в любых условиях, поддерживает работу бортового компьютера, кондиционера и прочих требующих электрической энергии устройств. В этой статье мы рассмотрим, как устроен аккумулятор, чтобы, столкнувшись с выбором или обслуживанием, представлять себе принципиальные принципы работы.

Первое, что мы видим, изучая устройство АКБ, – это корпус, который обычно изготавливается из сверхпрочного полипропилена. Во-первых, этот материал не подвержен влиянию кислоты, которая входит в состав активной массы практически любого автомобильного источника питания.

Во-вторых, он хорошо переносит удары и вибрации, а они (вследствие технологических особенностей рассматриваемого прибора) ему противопоказаны. Корпус при помощи перегородок разбит на шесть секций, в каждой из которой находится банка с электролитом.

Электродами выступают свинцовые перфорированные пластины. В современных батареях их легируют кальцием, что в значительной степени улучшает их номинальные характеристики. Между ними устанавливаются так называемые сепараторы, чтобы при работе аккумулятора не происходило коротких замыканий.

Упомянутый выше электролит, в котором и находятся электроды, – это раствор дистиллированной воды и серной кислоты в пропорции 70% воды и 30% кислоты. Иногда активная масса находится не в жидком состоянии, а в гелеобразном или в виде пропитки, но это встречается только в дорогих устройствах.

Емкости различных аккумуляторов могут отличаться. Как и было сказано выше, это во многом зависит от применяемых материалов и активной массы. Большинство современных АКБ не нуждаются в обслуживании, хотя и до сих пор встречаются батареи традиционного устройства, где нужно постоянно следить за уровнем электролита.

Большинство батарей различаются по размеру и весу и емкости. Емкость зависит от размера банок и плотности активной массы; также от этого зависит, насколько долго аккумулятор держит заряд.
Во время езды уровень заряда поддерживается электрогенератором, но, если на долго оставить автомобиль на стоянке, батарея может полностью разрядится. Желательно не допускать этого, поскольку, как бы ни была устроена АКБ, глубокая разрядка всегда вредит ей.
От материала примесей свинцовых перфорированных пластин также в значительной степени зависят качественные характеристики емкости.
В современных моделях это кальций, который отлично себя зарекомендовал.
Покупая АКБ, достаточно знать об его устройстве то, что приведено в этой статье, а все остальное можно уточнить у продавца-консультанта.
6.1 Электродвижущая сила – введение в электричество, магнетизм и электрические цепи
ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ
К концу раздела вы сможете:
Описать электродвижущую силу (ЭДС) и внутреннее сопротивление батареи
Объясните основные принципы работы батареи
Если вы забудете выключить автомобильные фары, они будут постепенно тускнеть по мере разрядки аккумулятора. Почему они не мигают внезапно, когда энергия батареи заканчивается? Их постепенное затемнение означает, что выходное напряжение батареи уменьшается по мере разрядки батареи. Причина снижения выходного напряжения у разряженных аккумуляторов заключается в том, что все источники напряжения имеют две основные части — источник электрической энергии и внутреннее сопротивление.
В этом разделе мы исследуем источник энергии и внутреннее сопротивление.
Введение в электродвижущую силу
Напряжение имеет множество источников, некоторые из которых показаны на Рисунке 6.1.1. Все такие устройства создают разность потенциалов и могут подавать ток, если они подключены к цепи. Особый тип разности потенциалов известен как электродвижущая сила (ЭДС). ЭДС вообще не является силой, но термин «электродвижущая сила» используется по историческим причинам. Он был придуман Алессандро Вольта в 1800-х годах, когда он изобрел первую батарею, также известную как 9.0016 вольтова столб . Поскольку электродвижущая сила не является силой, эти источники принято называть просто источниками ЭДС (произносится буквами «э-э-э-э»), а не источниками электродвижущей силы.

(рис. 6.1.1)
Рисунок 6.1.1 Различные источники напряжения. а) ветряная электростанция Бразос в Флуванне, штат Техас; (б) Красноярская ГЭС в России; в) солнечная ферма; (d) группа никель-металлогидридных аккумуляторов. Выходное напряжение каждого устройства зависит от его конструкции и нагрузки. Выходное напряжение равно ЭДС только при отсутствии нагрузки. (кредит a: модификация работы «Leaflet»/Wikimedia Commons; кредит b: модификация работы Алекса Полежаева; кредит c: модификация работы Министерства энергетики США; кредит d: модификация работы Тиаа Монто)
Если электродвижущая сила вовсе не сила, то что такое ЭДС и что является источником ЭДС? Чтобы ответить на эти вопросы, рассмотрим простую схему лампы, подключенной к батарее, как показано на Рисунке 6.1.2. Аккумулятор
можно смоделировать как устройство с двумя клеммами, в котором одна клемма имеет более высокий электрический потенциал, чем вторая клемма. Более высокий электрический потенциал иногда называют положительной клеммой и обозначают знаком плюс. Клемму с более низким потенциалом иногда называют отрицательной клеммой и обозначают знаком минус. Это источник ЭДС.
(рис. 6.1.2)
Рисунок 6.1.2 Источник ЭДС поддерживает на одной клемме более высокий электрический потенциал, чем на другой клемме, действуя как источник тока в цепи.
Когда источник ЭДС не подключен к лампе, в источнике ЭДС нет чистого потока заряда. Как только батарея подключена к лампе, заряды текут от одной клеммы батареи, через лампу (заставляя лампу загораться) и обратно к другой клемме батареи. Если мы рассмотрим положительный (обычный) ток, положительные заряды покидают положительную клемму, проходят через лампу и входят в отрицательную клемму.

Положительный ток полезен для большинства анализов цепей в этой главе, но в металлических проводах и резисторах наибольший вклад в ток вносят электроны, протекающие в направлении, противоположном положительному току. Поэтому более реалистично рассмотреть движение электронов для анализа схемы на рисунке 6.1.2. Электроны покидают отрицательную клемму, проходят через лампу и возвращаются к положительной клемме. Чтобы источник ЭДС поддерживал разность потенциалов между двумя клеммами, отрицательные заряды (электроны) должны перемещаться от положительной клеммы к отрицательной. Источник ЭДС действует как зарядовый насос, перемещая отрицательные заряды от положительного вывода к отрицательному для поддержания разности потенциалов.
Это увеличивает потенциальную энергию зарядов и, следовательно, электрический потенциал зарядов.
Сила электрического поля, действующая на отрицательный заряд, действует в направлении, противоположном электрическому полю, как показано на Рисунке 6.1.2. Чтобы отрицательные заряды переместились на отрицательный полюс, над отрицательными зарядами должна быть совершена работа. Для этого требуется энергия, которая возникает в результате химических реакций в аккумуляторе. Потенциал поддерживается высоким на положительной клемме и низким на отрицательной клемме, чтобы поддерживать разность потенциалов между двумя клеммами. ЭДС равна работе, совершаемой над зарядом на единицу заряда () при отсутствии тока. Поскольку единицей работы является джоуль, а единицей заряда — кулон, единицей ЭДС является вольт ().
Напряжение на клеммах аккумулятора – это напряжение, измеренное на клеммах батареи, когда к клемме не подключена нагрузка. Идеальная батарея представляет собой источник ЭДС, который поддерживает постоянное напряжение на клеммах, независимо от тока между двумя клеммами.
Идеальная батарея не имеет внутреннего сопротивления, а напряжение на клеммах равно ЭДС батареи. В следующем разделе мы покажем, что реальная батарея имеет внутреннее сопротивление и напряжение на клеммах всегда меньше, чем ЭДС батареи.
Происхождение потенциала батареи
Комбинация химических веществ и состав клемм в батарее определяют ее ЭДС. Свинцово-кислотный аккумулятор , используемый в автомобилях и других транспортных средствах, представляет собой одну из наиболее распространенных комбинаций химических веществ. На рис. 6.1.3 показана одна ячейка (одна из шести) этой батареи. Катодная (положительная) клемма элемента соединена с пластиной из оксида свинца, тогда как анодная (отрицательная) клемма подключена к свинцовой пластине. Обе пластины погружены в серную кислоту, электролит для системы.

(рис. 6.1.3)
Рисунок 6.1.3 Химические реакции в свинцово-кислотном элементе разделяют заряд, направляя отрицательный заряд на анод, соединенный со свинцовыми пластинами. Пластины оксида свинца соединены с положительным или катодным выводом элемента. Серная кислота проводит заряд, а также участвует в химической реакции.
Немного информации о том, как взаимодействуют химические вещества в свинцово-кислотном аккумуляторе, помогает понять потенциал, создаваемый аккумулятором. На рис. 6.1.4 показан результат одной химической реакции. Два электрона размещены на анод , что делает его отрицательным, при условии, что катод поставляет два электрона. Это оставляет катод положительно заряженным, потому что он потерял два электрона. Короче говоря, разделение заряда было вызвано химической реакцией.

Обратите внимание, что реакция не происходит, если нет полной цепи, позволяющей подать два электрона к катоду. Во многих случаях эти электроны исходят от анода, проходят через сопротивление и возвращаются к катоду. Заметим также, что, поскольку в химических реакциях участвуют вещества, обладающие сопротивлением, невозможно создать ЭДС без внутреннего сопротивления.
(рис. 6.1.4)
Рисунок 6.1.4 В свинцово-кислотной батарее два электрона направляются на анод элемента, а два электрона удаляются с катода элемента. Химическая реакция в свинцово-кислотном аккумуляторе помещает два электрона на анод и удаляет два электрона с катода. Для продолжения требуется замкнутая цепь, поскольку два электрона должны быть подведены к катоду.
Внутреннее сопротивление и напряжение на клеммах
Величина сопротивления потоку тока в источнике напряжения называется внутреннее сопротивление . Внутреннее сопротивление батареи может вести себя сложным образом. Обычно он увеличивается по мере разрядки аккумулятора из-за окисления пластин или снижения кислотности электролита. Однако внутреннее сопротивление может также зависеть от величины и направления тока через источник напряжения, его температуры и даже его истории. Внутреннее сопротивление перезаряжаемых никель-кадмиевых элементов, например, зависит от того, сколько раз и насколько глубоко они разряжались. Простая модель батареи состоит из идеализированного источника ЭДС и внутреннего сопротивления (рис. 6.1.5).
(рис. 6.1.5)
Рисунок 6.1.5 Батарея может быть смоделирована как идеализированная ЭДС () с внутренним сопротивлением (). Напряжение на клеммах аккумулятора равно .
Предположим, что внешний резистор, известный как сопротивление нагрузки, подключен к источнику напряжения, например к батарее, как показано на рис. 6.1.6. На рисунке показана модель батареи с ЭДС, внутренним сопротивлением и нагрузочным резистором, подключенным к ее клеммам. Используя обычный ток, положительные заряды покидают положительную клемму батареи, проходят через резистор и возвращаются к отрицательной клемме батареи. Напряжение на клеммах батареи зависит от ЭДС, внутреннего сопротивления и тока и равно
(6.1.1)
При заданных ЭДС и внутреннем сопротивлении напряжение на клеммах уменьшается по мере увеличения тока из-за падения потенциала внутреннего сопротивления.
(рис. 6.1.6)
Рисунок 6.1.6 Схема источника напряжения и его нагрузочного резистора. Поскольку внутреннее сопротивление включено последовательно с нагрузкой, оно может существенно повлиять на напряжение на клеммах и ток, подаваемый на нагрузку.
График разности потенциалов на каждом элементе цепи показан на рис. 6.1.7. По цепи протекает ток, и падение потенциала на внутреннем резисторе равно . Напряжение на клеммах равно , что равно падение потенциала на нагрузочном резисторе. Как и в случае с потенциальной энергией, важно изменение напряжения. Когда используется термин «напряжение», мы предполагаем, что на самом деле это изменение потенциала, или . Однако часто опускается для удобства.
(рис. 6.1.7)
Рисунок 6.1.7 График напряжения в цепи аккумулятора и сопротивления нагрузки. Электрический потенциал увеличивает ЭДС батареи из-за химических реакций, совершающих работу над зарядами. В аккумуляторе происходит уменьшение электрического потенциала из-за внутреннего сопротивления. Потенциал уменьшается из-за внутреннего сопротивления (), делая напряжение на клеммах батареи равным (). Затем напряжение уменьшается на (). Ток равен .
Ток через нагрузочный резистор . Из этого выражения мы видим, что чем меньше внутреннее сопротивление, тем больший ток дает источник напряжения на свою нагрузку. По мере разрядки батарей значение увеличивается. Если составляет значительную долю сопротивления нагрузки, то ток значительно снижается, как показано в следующем примере.
ПРИМЕР 6.1.1
Анализ цепи с аккумулятором и нагрузкой
Данная батарея имеет ЭДС и внутреннее сопротивление . (a) Рассчитайте напряжение на его клеммах при подключении к нагрузке. (b) Каково напряжение на клеммах при подключении к нагрузке? в) Какую мощность рассеивает нагрузка? (d) Если внутреннее сопротивление возрастает до , найдите ток, напряжение на клеммах и мощность, рассеиваемую нагрузкой.
Стратегия
Приведенный выше анализ дал выражение для тока с учетом внутреннего сопротивления. Как только ток найден, напряжение на клеммах можно рассчитать по уравнению. Как только ток найден, мы также можем найти мощность, рассеиваемую резистором.
Решение
а. Ввод заданных значений ЭДС, сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления в приведенное выше выражение дает

Введите известные значения в уравнение, чтобы получить напряжение на клеммах:

Напряжение на клеммах здесь лишь немного ниже ЭДС, что означает, что ток, потребляемый этой легкой нагрузкой, незначителен.
б. Точно так же с текущий

Напряжение на клеммах теперь равно
.

Напряжение на клеммах демонстрирует более значительное снижение по сравнению с ЭДС, что означает большую нагрузку для этой батареи. «Большая нагрузка» означает большее потребление тока от источника, но не большее сопротивление.
в. Мощность, рассеиваемую нагрузкой, можно найти по формуле. Ввод известных значений дает

Обратите внимание, что эту мощность можно также получить с помощью выражения или , где напряжение на клеммах (в данном случае).
д. Здесь внутреннее сопротивление увеличилось, возможно, из-за разрядки батареи, до точки, где оно равно сопротивлению нагрузки. Как и раньше, мы сначала находим ток, вводя известные значения в выражение, что дает

Теперь напряжение на клеммах равно
.

, а мощность, рассеиваемая нагрузкой, равна
.

Мы видим, что повышенное внутреннее сопротивление значительно уменьшило напряжение на клеммах, ток и мощность, подаваемую на нагрузку.
Значение
Внутреннее сопротивление батареи может увеличиться по многим причинам. Например, внутреннее сопротивление перезаряжаемой батареи увеличивается по мере увеличения количества перезарядок батареи. Повышенное внутреннее сопротивление может иметь два последствия для батареи. Во-первых, напряжение на клеммах уменьшится. Во-вторых, батарея может перегреться из-за увеличения мощности, рассеиваемой внутренним сопротивлением.
ПРОВЕРЬТЕ ВАШЕ ПОНИМАНИЕ 6.
1
Если вы поместите провод непосредственно через две клеммы батареи, эффективно закоротив клеммы, батарея начнет нагреваться. Как вы думаете, почему это происходит?
Тестеры аккумуляторов
Тестеры аккумуляторов , такие как показанные на рис. 6.1.8, используют небольшие нагрузочные резисторы для преднамеренного отбора тока, чтобы определить, падает ли потенциал на клеммах ниже допустимого уровня. Хотя измерить внутреннее сопротивление батареи сложно, тестеры батарей могут обеспечить измерение внутреннего сопротивления батареи. Если внутреннее сопротивление высокое, батарея слабая, о чем свидетельствует низкое напряжение на клеммах.
(рис. 6.1.8)
Рисунок 6.1.8 Тестеры аккумуляторов измеряют напряжение на клеммах под нагрузкой, чтобы определить состояние аккумулятора. (a) Специалист по электронике ВМС США использует тестер батарей для проверки больших батарей на борту авианосца USS Nimitz . Тестер батареи, который она использует, имеет небольшое сопротивление, которое может рассеивать большое количество энергии. (b) Показанное небольшое устройство используется на небольших батареях и имеет цифровой дисплей для индикации допустимого напряжения на клеммах. (кредит a: модификация работы Джейсона А. Джонстона; кредит b: модификация работы Кейта Уильямсона)
Некоторые батареи можно заряжать, пропуская через них ток в направлении, противоположном току, который они подают в электроприбор. Это обычно делается в автомобилях и в батареях для небольших электроприборов и электронных устройств (рис. 6.1.9). Выходное напряжение зарядного устройства должно быть больше, чем ЭДС аккумулятора, чтобы ток через него изменил направление. Это приводит к тому, что напряжение на клеммах батареи больше, чем ЭДС, поскольку и отрицательны.
(Рисунок 6.1.9)
Рисунок 6.1.9 Зарядное устройство автомобильного аккумулятора меняет нормальное направление тока через аккумулятор, обращая его химическую реакцию и пополняя его химический потенциал.
Важно понимать последствия внутреннего сопротивления источников ЭДС, таких как батареи и солнечные элементы, но часто анализ цепей выполняется с напряжением на клеммах батареи, как мы делали в предыдущих разделах. Напряжение на клеммах обозначается просто как , без нижнего индекса «терминал». Это связано с тем, что внутреннее сопротивление батареи трудно измерить напрямую, и оно может меняться со временем.
Цитаты Кандела
Содержимое по лицензии CC, указание конкретного автора
Загрузите бесплатно по адресу http://cnx.org/contents/[email protected]. Получено с : http://cnx.org/contents/[email protected]. Лицензия : CC BY: Attribution
Как работают системы бесперебойного питания ~ Изучение электротехники
UPS означает источник бесперебойного питания. Система ИБП — это автономный источник альтернативного питания, который используется для питания чувствительных электронных нагрузок, таких как компьютерные центры, телефонные станции и многие системы контроля и мониторинга промышленных процессов. Для этих приложений требуется доступная и качественная мощность.
Решение ИБП для чувствительных электрических нагрузок используется для обеспечения интерфейса питания между коммунальным предприятием и чувствительными нагрузками, обеспечивающего напряжение, которое: требуется нагрузками.
2. Доступно в случае отключения электроэнергии в пределах установленных допусков
Системы ИБП удовлетворяют требованиям пунктов 1 и 2 выше в отношении доступности и качества электроэнергии посредством:
1. Обеспечение нагрузок напряжением, соответствующим строгим допускам, за счет использования инвертора

2. Обеспечение автономного альтернативного источника за счет использования батареи
3. Вмешательство для замены сетевого питания без времени переключения, т. е. без перерыва в подаче питания на нагрузку с помощью статического переключателя.
Эти характеристики делают блоки ИБП идеальными источниками питания для всех чувствительных приложений, поскольку они обеспечивают качество и доступность электроэнергии, независимо от состояния сети.
Основные части системы ИБП
ИБП состоит из следующих основных компонентов:
1. Выпрямитель/зарядное устройство, которое вырабатывает постоянный ток для зарядки аккумулятора и питает инвертор
2. Инвертор, который производит качественную электрическую энергию. мощность без каких-либо помех от сети, в частности микроотключений, и которая находится в пределах допусков, совместимых с требованиями чувствительных электронных устройств.
3. Аккумуляторная батарея, обеспечивающая достаточное время автономной работы для обеспечения безопасности жизни и имущества путем 0012
4. Статический переключатель, полупроводниковое устройство, которое переключает нагрузку с инвертора
на сеть и обратно без прерывания подачи питания
Типы статических систем ИБП
Типы статических ИБП определяются стандартом IEC 62040. Стандарт различает три режима работы ИБП:
1. Пассивный режим ожидания (также называемый автономным)
2. Линейный интерактивный
3. Двойное преобразование (также называемый онлайновым )
Эти определения касаются работы ИБП относительно источника питания, включая систему распределения перед ИБП. Стандарт IEC 62040 определяет следующие термины:
a. Первичное электропитание: обычно постоянно доступная электроэнергия, которая обычно поставляется
электроэнергетической компанией, но иногда и собственным поколением пользователя
b. Резервное питание: питание, предназначенное для замены основного питания в случае сбоя основного питания

в. Питание байпаса: питание, подаваемое через байпас
ИБП, работающий в режиме пассивного ожидания
Принцип работы :
Инвертор подключается параллельно входу переменного тока в режиме ожидания, как показано ниже: ИБП в пассивном режиме ожидания. Фото: Schneider Electric

Работа в нормальном режиме
В нормальном режиме нагрузка питается от сети через фильтр, который устраняет определенные помехи и обеспечивает некоторую степень регулирования напряжения (IEC 62040 определяет некоторую форму режима кондиционирования). Инвертор работает в пассивном режиме ожидания.
Работа в режиме резервного питания от батареи
В режиме работы от резервного питания от батареи, когда входное напряжение переменного тока выходит за пределы указанных допусков для ИБП или происходит сбой сетевого питания, инвертор и батарея вмешиваются, чтобы обеспечить непрерывную подачу питания на ИБП. нагрузки после очень короткого времени передачи менее 10 мс. ИБП продолжает работать от батареи до тех пор, пока не истечет время резервного питания от батареи или питание от сети не вернется к норме, что приводит к переключению нагрузки обратно на вход переменного тока (обычный режим).
Приложение
Эта конфигурация представляет собой компромисс между приемлемым уровнем защиты от помех и стоимостью. Его можно использовать только при малой мощности менее 2 кВА.
Ограничения
Этот ИБП работает без реального статического переключателя, поэтому для переключения нагрузки на инвертор требуется определенное время. Это время приемлемо для некоторых отдельных приложений, но
несовместимо с производительностью, требуемой более сложными, чувствительными системами
(крупные вычислительные центры, телефонные станции и др.). Кроме того, частота не регулируется и нет байпаса.
ИБП, работающий в линейно-интерактивном режиме
Инвертор подключается параллельно входу переменного тока в резервной конфигурации, но также заряжает батарею. Таким образом, он взаимодействует с источником переменного тока, как показано ниже:
ИБП в линейно-интерактивном режиме. Кредит Фотографии: Шнайдер Электрик

Работа в нормальном режиме
При работе в нормальном режиме нагрузка питается кондиционированной мощностью через параллельное соединение входа переменного тока и инвертора. Инвертор обеспечивает согласование выходного напряжения и/или зарядку аккумулятора. Выходная частота зависит от входной частоты переменного тока.
Работа в режиме резервного питания от батареи
В этом режиме работы, когда входное напряжение переменного тока выходит за пределы указанных допусков для ИБП или происходит сбой сетевого питания, инвертор и батарея вмешиваются, чтобы обеспечить непрерывную подачу питания на ИБП. нагрузка после переключения без перерыва с помощью статического переключателя, который также отключает вход переменного тока, чтобы предотвратить передачу мощности от инвертора вверх по течению. ИБП продолжает работать от батареи до окончания времени автономной работы от батареи или до нормализации сетевого питания, что провоцирует возврат нагрузки на вход переменного тока (обычный режим).
Работа в режиме байпаса
Этот тип ИБП может быть оснащен байпасом. В режиме байпаса. Если одна из функций ИБП выходит из строя, нагрузка может быть переключена на вход переменного тока байпаса (питание от сети или в режиме ожидания, в зависимости от установки).
Применение и ограничения
Эта конфигурация ИБП плохо подходит для регулирования чувствительных нагрузок в диапазоне от средней до высокой мощности, поскольку регулирование частоты невозможно. По этой причине он редко используется, кроме как для низких номинальных мощностей.
ИБП, работающий в режиме двойного преобразования (онлайн)
Принцип работы:
В этом типе ИБП инвертор подключается последовательно между входом переменного тока и приложением, как показано ниже:
ИБП в режиме двойного преобразования. Фото: Schneider Electric

Работа в нормальном режиме
Во время нормальной работы вся мощность, подаваемая на нагрузку, проходит через выпрямитель/зарядное устройство и инвертор, которые вместе выполняют двойное преобразование (переменного тока в постоянный ток в переменный). , отсюда и название.
Работа в режиме резервного питания от батареи
В режиме резервного питания от батареи, когда входное напряжение переменного тока выходит за пределы указанных допусков для ИБП или происходит сбой сетевого питания, инвертор и батарея включаются для обеспечения непрерывной подачи питания на нагрузку. после передачи без перерыва с помощью статического переключателя. ИБП продолжает работать от батареи до тех пор, пока не истечет время резервного питания от батареи или питание от сети не вернется в нормальное состояние, что приведет к переключению нагрузки обратно на вход переменного тока (обычный режим).
Работа в режиме байпаса
Этот тип ИБП обычно оснащен статическим байпасом, иногда называемым статическим переключателем. Нагрузка может быть переключена без прерывания на вход переменного тока байпаса (питание от сети или в режиме ожидания, в зависимости от установки), в случае выхода из строя ИБП, переходных процессов нагрузки (броски тока или аварийные токи) или пиков нагрузки.